Labor-Studie erfasst 28 Natrium-Ionen-Kathoden für KI-Training

Achtundzwanzig. So viele Kathodenrezepte hat ein Team der University of Surrey erstellt, um herauszufinden, welche Mischung in einem Natrium-Ionen-Akku die meiste Energie speichert und welche am längsten hält.

Die Kathode ist der Batteriebestandteil, der maßgeblich bestimmt, wie viel Energie der Akku speichern kann und wie gut er über die Zeit arbeitet. Die Forscher um Dr. Daniel Commandeur, Dozent an der School of Chemistry and Chemical Engineering, gingen von Natriummanganoxid aus. Sie ersetzten einen Teil des Mangans durch Eisen, Titan und Vanadium in unterschiedlichen Mengen und testeten anschließend jede Zusammensetzung in Natrium-Ionen-Akkus, um die Ergebnisse zu vergleichen.

Das Muster ist aufschlussreich, weil jedes Element in eine andere Richtung wirkt. Eisen war mit einer höheren Energiespeicherkapazität verbunden. Vanadium verbesserte die Stabilität bei wiederholtem Laden und Entladen. Geringe Mengen Titan verbesserten die Leistung bei höheren Laderaten, und einige titanhaltige Zusammensetzungen behielten nach 100 Zyklen mehr als 90 % ihrer Kapazität. Eden Marks, Doktorand und Ko-Erstautor der Studie, sagte, dass relativ kleine Änderungen der Zusammensetzung das Gleichgewicht zwischen gespeicherter Energie, Ladegeschwindigkeit und Lebensdauer verschieben könnten.

Das Team entwickelte außerdem ein automatisiertes Verfahren, um die große Menge experimenteller Daten auszuwerten, und nutzte es, um ein Machine-Learning-Modell zu trainieren. Die Autoren sind bei den Grenzen klar: Die aktuelle Bibliothek ist zu klein für verlässliche Vorhersagen. Sie deutlich zu erweitern, um ein viel breiteres Spektrum an Kathodenmaterialien abzudecken, könnte am Ende dazu führen, dass KI vielversprechende Zusammensetzungen identifiziert, bevor sie im Labor hergestellt und getestet werden.

Für Batterieforscher wäre der Gewinn eine kürzere Suche: Statt Rezepte nacheinander zu testen, könnten sie ein Modell fragen, welche Mischungen zuerst Beachtung verdienen. Commandeurs Argument stützt sich ebenso auf die Versorgung wie auf die Leistung, denn Lithium ist knapp und ungleich verteilt, während Natrium weit häufiger vorkommt. Die Studie nennt jedoch weder ein Datum noch einen industriellen Partner, und die Ergebnisse stammen aus Laborversuchen, die noch nicht im Produktionsmaßstab reproduziert wurden.