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  5. › Natrium-Ionen-Akkus: Ausnahmsweise…

Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

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  1. Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: fanreisender 17.06.20 - 12:15

    Einverstanden, Beide sind Alkalimetalle und stehen im Periodensystem direkt untereinander.
    Aber: Atommasse Natrium - 23, Lithium - 7. Da braucht man deutlich mehr Masse an Natrium für die gleiche Kapazität. In der elektrochemischen Spannungsreihe kommt Na auch 10% schlechter weg als Li.
    Sollte mit der Batterie irgend etwas geschehen, dann fällt die Reaktion bei Natriummetall noch einmal um Einiges heftiger aus als bei Lithium.

    Klar, angesichts der Rohstofflage steht Na natürlich viel besser da. Das gilt aber erst recht für Aluminium. Masse - 27, halbe Spannung gegenüber Lithium, dafür ist Aluminium dreiwertig.

    Warten wir es einmal ab, die Forschung ist natürlich sehr zu begrüßen.

  2. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 17.06.20 - 12:21

    Einen noch ähnlicheren Stoff wird man - mangels Auswahl - nicht finden. Wegen der Reaktivität wird auch auf die Entwicklung von Akkus mit reinem Natrium verzichtet: https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2017/CS/C6CS00776G#!divAbstract

    Anders als bei Lithium: https://www.golem.de/news/energiespeicher-samsung-versilbert-den-lithium-akku-2003-147165.html

    Soweit ich das überblicke sind die Stoffe auch thermisch stabiler als Lithium-Kathoden und gehen nicht so schnell durch (aka "explodieren"), aber das hängt alles von der konkreten Kathode ab, die dann kommerziell verbaut wird.

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

  3. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: fanreisender 17.06.20 - 12:54

    Hast natürlich Recht. Die primären Gedanken gehen immer zu Autoakkus, aber da ist natürlich noch viel mehr. Meinethalben Pufferspeicher für die unsteten erneuerbaren Energien.

    Da geht es dann mehr um billigen Rohstoff und weniger um Gewicht, auch die Gefahren sind vermutlich besser im Griff zu halten.

    Dito Entsorgung. Nicht mehr gebrauchtes Natrium einfach zurück ins Meer, wo es ja herkam. Einverstanden, der pH-Wert steigt, was aber zumindest momentan eher das Feature als der Bug ist.
    Wobei auch das nur eine lokale Milchmädchenrechnung ist. Irgendwo muss ja auch die bei der Natrimherstellung anfallende Salzsäure sein.

  4. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: Gamma Ray Burst 17.06.20 - 14:09

    fanreisender schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Einverstanden, Beide sind Alkalimetalle und stehen im Periodensystem direkt
    > untereinander.
    > Aber: Atommasse Natrium - 23, Lithium - 7. Da braucht man deutlich mehr
    > Masse an Natrium für die gleiche Kapazität. In der elektrochemischen
    > Spannungsreihe kommt Na auch 10% schlechter weg als Li.
    > Sollte mit der Batterie irgend etwas geschehen, dann fällt die Reaktion bei
    > Natriummetall noch einmal um Einiges heftiger aus als bei Lithium.
    >
    > Klar, angesichts der Rohstofflage steht Na natürlich viel besser da. Das
    > gilt aber erst recht für Aluminium. Masse - 27, halbe Spannung gegenüber
    > Lithium, dafür ist Aluminium dreiwertig.
    >
    > Warten wir es einmal ab, die Forschung ist natürlich sehr zu begrüßen.

    Ich wäre jetzt auch davon ausgegangen das die Batterie der Zukunft weniger Explosionsfreudig ist.

  5. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: /mecki78 17.06.20 - 14:18

    fanreisender schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Sollte mit der Batterie irgend etwas geschehen, dann

    passiert gar nichts, denn gelöste Natriumionen (Na+) sind harmlos, siehe Salzwasser. Die heftige Reaktion von der du sprichst, die entsteht, wenn man Natrium z.B. in Wasser auflöst, weil dabei viel Energie frei wird. Aber dieser Vorgang ist ja schon abgeschlossen, wenn du den fertigen Akku kaufst. Die dabei frei werdende Energie ist da schon lange futsch.

    /Mecki

  6. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: fanreisender 17.06.20 - 19:13

    /mecki78 schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > fanreisender schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Sollte mit der Batterie irgend etwas geschehen, dann
    >
    > passiert gar nichts, denn gelöste Natriumionen (Na+) sind harmlos, siehe
    > Salzwasser. Die heftige Reaktion von der du sprichst, die entsteht, wenn
    > man Natrium z.B. in Wasser auflöst, weil dabei viel Energie frei wird. Aber
    > dieser Vorgang ist ja schon abgeschlossen, wenn du den fertigen Akku
    > kaufst. Die dabei frei werdende Energie ist da schon lange futsch.

    ?????
    Im Akku gehts beim Laden Na+ --> Na (Metall)
    und beim Entladen umgekehrt.
    Klar ist das Ding entladen ungefährlich. Der entladene Akku ist aber zumindest in meinen Augen auch irgendwie wenig nützlich. Geladen ist jedenfalls Natriummetall drin.

  7. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: melaw 17.06.20 - 19:49

    Gamma Ray Burst schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > fanreisender schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Einverstanden, Beide sind Alkalimetalle und stehen im Periodensystem
    > direkt
    > > untereinander.
    > > Aber: Atommasse Natrium - 23, Lithium - 7. Da braucht man deutlich mehr
    > > Masse an Natrium für die gleiche Kapazität. In der elektrochemischen
    > > Spannungsreihe kommt Na auch 10% schlechter weg als Li.
    > > Sollte mit der Batterie irgend etwas geschehen, dann fällt die Reaktion
    > bei
    > > Natriummetall noch einmal um Einiges heftiger aus als bei Lithium.
    > >
    > > Klar, angesichts der Rohstofflage steht Na natürlich viel besser da. Das
    > > gilt aber erst recht für Aluminium. Masse - 27, halbe Spannung gegenüber
    > > Lithium, dafür ist Aluminium dreiwertig.
    > >
    > > Warten wir es einmal ab, die Forschung ist natürlich sehr zu begrüßen.
    >
    > Ich wäre jetzt auch davon ausgegangen das die Batterie der Zukunft weniger
    > Explosionsfreudig ist.

    Diese Batterie der Zukunft basiert auf heute unentdeckten Reaktionen. Na mag Vorteile ggü. Li haben, aber der große Sprung ist das nicht wirklich.

  8. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: Eheran 17.06.20 - 20:18

    >Wegen der Reaktivität wird auch auf die Entwicklung von Akkus mit reinem Natrium verzichtet:

    Im Paper steht:
    >Sodium metal is not recommended for use in an anodes due to its high reactivity and formation of dendrite.

    Nur weil ein Paper sagt... xy is not recommended... heißt das doch noch lange nicht, dass das in 20 Jahren nicht stand der Technik sein kann. Oder gar komplett die Entwicklung davon eingestellt wird.

  9. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: Eheran 17.06.20 - 21:22

    Seit wann verwenden die metallisches Natrium als Anode? Das ist doch selbst bei Lithium grad erst der neue heiße Scheiß, der kommen soll.

    Das Natrium wird als Ion in Kohlenstoff eingelagert. Nicht als Metall.

  10. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: fanreisender 18.06.20 - 10:26

    Eheran schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Seit wann verwenden die metallisches Natrium als Anode? Das ist doch selbst
    > bei Lithium grad erst der neue heiße Scheiß, der kommen soll.
    >
    > Das Natrium wird als Ion in Kohlenstoff eingelagert. Nicht als Metall.

    Es tut mir leid. Das ist ein grundlegendes Unverständnis der Elektrochemie. Energiespeicherung ist nur durch Elektronentransfer möglich. Da muss sich eine Oxidationsstufe ändern, von denen es bei Natrium nur zwei gibt - das positive Natriumion und das neutrale Natriummetall. Natriumion - entladen, Natriummetall - geladen. Natürlich werden die Metalle in eine Matrix eingebettet. Das ist aber mehr eine Frage der mechanischen Stabilität. Metall bleibt es trotzdem.

  11. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: /mecki78 18.06.20 - 14:08

    fanreisender schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Im Akku gehts beim Laden Na+ --> Na (Metall)

    Bei der Gruppe der Natrium-Ionen-Akkumulatoren mit organischen Elektrolyten, die zur Zeit intensiv erforscht werden, gibt es eine große Vielfalt an vorgeschlagenen Materialien für Anode, Kathode und Elektrolyt. Daraus ergeben sich viele denkbare Kombinationen, die zu unterschiedlichen Akkumulator-Parametern führen, zu denen vor allem die Zellspannung gehört. Als Elektrolyt wurden unter anderem Natriumsalze wie Natriumperchlorat vorgeschlagen, gelöst in wasserfreien Lösungsmitteln wie Propylencarbonat. Als Anodenmaterial wird unter anderem Kohlenstoff in Form von Graphen eingesetzt – metallisches Natrium ist als Anodenmaterial zwar prinzipiell möglich, das Alkalimetall wird allerdings durch die Substanzen im Elektrolyt chemisch angegriffen. Als Kathodenmaterialien werden verschiedene, Natriumionen enthaltende Materialien wie Phosphate und Diphosphate erforscht, beispielsweise Natriumeisenphosphat.
    - https://de.wikipedia.org/wiki/Natrium-Ionen-Akkumulator

    Aus dem Artikel stammt auch das Bild im Artikel. Wo im Bild glaubst du bitte Natrium in einer nicht-Ionisierten Form zu sehen?

    /Mecki

  12. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: fanreisender 18.06.20 - 15:13

    /mecki78 schrieb:
    -------------------------------------------------------------------------------
    >
    > Aus dem Artikel stammt auch das Bild im Artikel. Wo im Bild glaubst du
    > bitte Natrium in einer nicht-Ionisierten Form zu sehen?

    Es tut mir leid, aber informiert Euch vor solchen abstrusen Diskussionen wirklich über die grundlegendste Basis der Elektrochemie.
    <ironie>Alternativ täte es auch eine Weiterbildung in Sachen perpetuum mobile. Wir wandeln Natriumionen in Natriumionen um und nutzen das zur Energiespeicherung. </ironie>

  13. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: CptBeefheart 18.06.20 - 16:57

    Ich habe das Gefühl du leitest deine Aussagen aus dem im Chemieunterricht bekannten Prinzip der Galvanischen Zelle ab. Dort passieren ganz "normale" Redox-Reaktionen an der Anode und der Kathode mit den Ionen aus dem Elektrolyt.

    Bei Li-Ionen Akkus ist das ein wenig anders, da hier das wesentliche Prinzip die Interkalation ist: https://www.ac.uni-kiel.de/de/bensch/forschungsgebiete/interkalationschemie/interkalationschemie-1

    Hier werden also tatsächlich die vorhin erwähnten Li+ Ionen in den Zwischenschichten "eingelagert". Es entsteht auch kein metallisches Lithium. Die Lithium-Ionen werden an der Kathode zu (je nach Akkutyp) LiCoO2. Da die Anode meist Graphit ist, ist dort die Reaktion CLi.

    Die "thermal runaway" bei Überladung passiert durch das freisetzen des Sauerstoffes aus dem LiCoO2 was wiederum mit dem Elektrolyt heftig reagiert. Es ist aber nicht die bekannte Reaktion Li + H2O = bumsi, was den Ingenieuren Kopfschmerzen bereitet.

  14. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: wupme 18.06.20 - 21:03

    Chemisch sehr ähnlich, und das sind sie ja auch.

  15. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: John2k 18.06.20 - 23:18

    Gamma Ray Burst schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------

    > Ich wäre jetzt auch davon ausgegangen das die Batterie der Zukunft weniger
    > Explosionsfreudig ist.

    Wie wahrscheinlich ist das?
    Wenn man mehr Energie auf kleinen Raum presst, wird es wohl kaum ungefährlicher. Nicht in diesem Fall, aber in zukünftigen Akkus.

  16. Re: Li und Na sehr ähnlich? Na, ja

    Autor: Eheran 21.06.20 - 14:21

    Meine Güte, du hast keine Ahnung (10min lesen) aber tust so, als wärst du der Fachmann über allem. Das ist schon echt heftig. Ohne diesen 3. Beitrag hätte ich dazu nichts gesagt, aber wer so penetrant den Oberwisser raushängen lasst...

    >Oxidationsstufe ändern, von denen es bei Natrium nur zwei gibt - das positive Natriumion und das neutrale Natriummetall.
    Es sind nur 2 Klicks und schon weiß man, dass es in Hydriden auch die Oxidationsstufe +1 gibt (und Wasserstoff entsprechend -1) also insgesammt 3 verschiedene. Wer nichtmal so normale Laborchemikalien (NaBH4, LAlH4 usw.) kennt, dem kann ich keine große Kompetenz zutrauen. Aber hauptsache man widerspricht drei(!) anderen Leuten pauschal alle Kompetenz ab und gleichzeitig noch der Uni Kiel und Wiki. Gratuliere.

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