Auf der Suche nach sicheren, preisgünstigen Akkus für die Zukunft stellt sich irgendwann die Frage: Warum nehmen wir nicht einfach Wasser als Elektrolyt? Wasser ist preis­günstig, überall verfügbar, brennt nicht und kann Ionen leiten. Doch Wasser hat einen entscheidenden Nachteil: Es ist nur bis zu einer Spannungsdifferenz von 1,23 V chemisch stabil.

Eine Wasser-Zelle liefert also dreimal weniger Spannung als eine handelsübliche Lithium-Ionen-Zelle mit 3,7 Volt, weshalb sie sich für Anwendungen im Elektroauto kaum eignen würde. Eine kostengünstige Batterie auf Wasserbasis könnte aber für stationäre Stromspeicheranwendungen äusserst interessant werden.

Ruben-Simon Kühnel und David Reber, Forscher in der Empa-Abteilung «Materials for Energy Conversion», haben nun einen Weg entdeckt, wie das Problem zu lösen wäre: Der salzhaltige Elektrolyt muss zwar flüssig sein, aber zugleich so hoch konzentriert, dass darin kein «überschüssiges» Wasser enthalten ist. Für ihre Versuche benutzten die beiden Forscher das Spe­zialsalz Natrium-FSI (exakter Name: Natrium Bis[fluorosulfonyl]imid).

Dieses Salz ist extrem gut wasserlöslich: 7 g Natrium-FSI und 1 g Wasser ergeben eine klare Salz­lösung. In dieser Flüssigkeit sind sämtliche Wassermoleküle um die positiv geladenen Natrium-Kationen herum in einer Hydrathülle gruppiert, es sind kaum mehr ungebundene Wasser­moleküle vorhanden. Die Forscher fanden dabei heraus, dass diese Salzlösung eine elektrochemische Stabilität von bis zu 2,6 Volt aufweist — also knapp doppelt so viel wie andere wässrige Elektrolyten.

Die Entdeckung könnte der Schlüssel sein zu preisgünstigen und sichren Batteriezellen. Preisgünstig auch deshalb, weil sich die Natrium-FSI-­Zellen ungefährlicher und damit einfacher bauen lassen als die bekannten Li-Ionen-­Akkus. Eine Reihe von Lade- und Entlade-­Zyklen hat das System im Labor bereits erfolgreich überstanden.

empa.ch