Natrium-Batterie: Vorteile und Nachteile gegenüber Lithium-Ionen-Akkus

Cleantech für die Energiewende: Wann kommt die Natrium-Batterie für Speicher und Autos?

In der Welt der Energiewende gibt es eine Vielzahl von Batterietechnologien, doch eine neue Technik zieht gerade besondere Aufmerksamkeit auf sich: der Natrium-Ionen-Akku. So stellt sich die Frage: Hat die Natrium-Batterie, deren Energiedichte und Gewicht bislang als Nachteil galt, das Potenzial, die Elektrofahrzeug-Branche auf den Kopf zu stellen? Die Vorteile der neuen Akku-Technik kommen aufgrund steigender Rohstoffpreise bei Lithium-Ionen-Batterien zunehmend zum Vorschein.

Die Natrium-Ionen-Batterie stammt konzeptionell aus den 1980er Jahren. Aufgrund des wesentlichen Nachteils der Natrium-Technik, der geringen Energiedichte, galt sie lange Zeit als nicht wettbewerbsfähig. Denn mit der niedrigen Energiedichte sind auch hohes Gewicht und Kosten als weitere Nachteile verbunden.

Wie ist die Funktionsweise der Salzbatterie?

Grundlegend funktionieren Natrium Batterien ähnlich wie Lithium-Ionen-Batterien, aber anstelle von Lithiumionen werden Natriumionen verwendet, um Energie zu speichern und freizusetzen. Wenn die Batterie aufgeladen wird, strömen Natriumionen durch einen Elektrolyten und lagern sich auf der negativen Elektrode ab. Wenn die Batterie entladen wird, wandern die Natriumionen zurück zur positiven Elektrode und geben dabei Energie ab.

Welche Vorteile hat die Natrium-Ionen-Batterie?

Zum einen ist die Technologie vielversprechend, weil sie auf der Verfügbarkeit von Natrium basiert, einem weit verbreiteten Element, das günstiger und umweltfreundlicher ist als das Lithium, das in den meisten Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Das bedeutet, dass die Produktionskosten für Natrium-Ionen-Batterien erheblich niedriger sein können als für herkömmliche Batterien. Darüber hinaus ist Natrium viel stabiler als Lithium, was bedeutet, dass es weniger anfällig für Überhitzung und andere Sicherheitsprobleme ist.

Ein weiterer Vorteil der Natriumbatterie ist ihre Langlebigkeit. Die meisten Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer, und ihre Leistung nimmt im Laufe der Zeit ab. Natrium-Ionen-Batterien hingegen können eine längere Lebensdauer haben, was bedeutet, dass sie weniger schnell ersetzt werden müssen. Dies wird auch dazu beitragen, die Umweltbelastung durch die Entsorgung von Batterien zu reduzieren.

Ein weiterer Vorteil der Natrium Batterie ist deren Resistenz gegen Temperaturschwankungen. So steht bei einer sehr breiten Temperatur-Range stets 90 oder 100 Prozent der Kapazität zur Verfügung und ein aufwändiges Lademanagement entfällt. Schnellladen bekommt eine neue Dynamik. Und auch für den Aufbau der Na-Ion-Akkus im Elektroauto hat das Auswirkungen: Da keine Flüssigkühlung notwendig ist, können die Batteriepacks direkt auf Basis der Zellen gebaut werden – Module sind nicht mehr nötig.

Und noch ein Unterschied zwischen Lithium- und Natrium-Batterie: Der Natrium-Batterie Preis liegt bereits 40 Prozent unter denen heutiger Li-Ion-Zellen. Mit der Natriumzelle sind langfristig 30 Dollar pro Kilowattstunde Stromspeicherkapazität erreichbar – gerade in Märkten wie Indien, Afrika oder Südamerika kann das ein entscheidender Grund sein, die Natrium-Technik zu kaufen.

Hat die Natrium Batterie Technik Nachteile?

Es gibt jedoch auch einige Nachteile der Natrium-Ionen-Batterie. Ein großer Nachteil ist die Energiedichte, die im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien geringer ist. Das bedeutet, dass Natrium-Ionen-Batterien mehr Platz benötigen, um die gleiche Menge an Energie zu speichern. Dies ist ein Problem für Elektrofahrzeuge, die wenig Platz haben, um Batterien unterzubringen.

Allerdings holt die Technologie in diesem Bereich auf. Die nächste Generation der Natrium-Ionen-Batterie, die voraussichtlich 2024 auf den Markt kommen wird, soll eine Energiedichte von mehr als 200 Wh/kg aufweisen, was der Kapazität einer modernen LFP-Batterie (Lithium-Eisenphosphat) entspricht.

Ein weiteres Problem ist das Gewicht. Natrium-Ionen-Batterien sind in der Regel schwerer als Lithium-Ionen-Batterien, was sich gerade im Elektrofahrzeug nachteilig auf die Reichweite auswirkt.

Allerdings sind Natrium-Ionen-Batterien immer noch leichter als Blei-Säure-Batterien, die in einigen Elektrofahrzeugen wie etwa Gabelstaplern verwendet werden.

Natrium-Batterie Hersteller: Wer baut Natrium Akkus?

Weltmarktführer CATL, der auch ein Werk bei Erfurt betreibt, produziert seit 2022 Natrium-Ionen-Batterien im großen Maßstab. Während die Energiedichte der Natrium-Zellen bei 160 Wh/kg liegt, schaffen die besten Li-Ion-Akkus heute 260 Wh/kg – und es gibt einen Pfad in Richtung 400 Wh/kg.

Neben CATL gibt es weitere Natrium Batterie Hersteller von Na-Ion-Batterien etwa der Batteriehersteller HiNa, der ein Testfahrzeug der Automarke Sehol – ein Joint Venture von JAC mit Volkswagen Anui – mit solchen Batterien ausgestattet hat. Sehol plant, den Natrium-Ionen-Akku in seinen Fahrzeugen einzusetzen und die Technologie weiterzuentwickeln. Sollte es gelingen, die Nachteile des Natrium-Ionen-Akkus zu überwinden und seine Vorteile voll auszuschöpfen, könnte dies einen bedeutenden Schritt in Richtung einer nachhaltigen und kostengünstigen Elektromobilität bedeuten.

Ein weiterer Natrium Batterie Hersteller ist Natron Energy. Das Cleantech-Unternehmen hat United Airlines als Kunde und Investor gewonnen und bei Aufträgen Li-Ionen-Konkurrenz ausgestochen. Außerdem hat es Ende April 2024 den Produktionsstart in den USA verkündet.

Darüber hinaus zeigen diese Nachrichten, was sich alles tut im diesem Segment:

• Tiamat Energy hat beispielsweise eine neue Methode zur Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien vorgestellt, die die Kosten senken und die Effizienz erhöhen soll.
• Faradion hat kürzlich eine Partnerschaft mit einem südkoreanischen Unternehmen angekündigt, um Natrium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge zu entwickeln.
• NEI Corporation hat ebenfalls eine Partnerschaft geschlossen, um Natrium-Ionen-Batterien für den Einsatz in stationären Energiespeichersystemen zu entwickeln.
• Pylontech hat das weltweit erste Zertifikat für Natrium Batterien vom TÜV Rheinland erhalten

Natrium-Batterie Autos: BYD prescht vor

JAC und Volkswagen haben mit dem Hua Xianzi das erste Elektroauto mit Natriumbatterie auf den Markt gebracht. Es handelt sich um ein kleines Stadtauto, dessen Batterie eine Dichte von 140 Wh/kg hat. Die Kapazität liegt bei 25 Kilowattstunden. Für die Reichweite von 250 Kilometern sorgt die Batterie von HiNa Battery Technologies – das Unternehmen aus Peking, das auch das Fahrzeug der Marke Sehol ausstattet (siehe oben).

Doch neben diesem günstigen Elektroauto prescht auch BYD vor und will im April ein E-Auto für die Stadt vorstellen, dass mit kleiner Batterie weniger als 10.000 Euro kosten soll. Diese fulminante Preis- und Technologieentwicklung ist einer der Gründe, warum der Siegeszug des Elektroautos nicht aufzuhalten ist.

Denkbar sind aber auch Hybridbatterien, die Lithium-Ionen-Zellen mit Natrium-Ionen-Zellen kombinieren (siehe Foto).

Die Frage „Wann kommt die Natrium Batterie“ kann also mit einem ganz klaren: Sie ist schon da, beantwortet werden. Und die Skalierung steht unmittelbar bevor.

Kann Natrium Lithium ersetzen?

Insgesamt hat die Natrium-Ionen-Batterie das Potenzial, die Elektrofahrzeugbranche zu revolutionieren, indem sie einige der größten Herausforderungen bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien überwindet.

Das bedeutet aber nicht, dass Natrium Lithium in kurzer Zeit ersetzen kann: Der Vorsprung bei Planung und Produktionskapazitäten ist zu groß. Die Natrium Batterie wird aber eine sehr gute Ergänzung werden – insbesondere dann, wenn die Rohstoffpreise weiter steigen. Während es noch einige Herausforderungen gibt, die es zu überwinden gilt, ist die Zukunft der Natrium-Ionen-Batterie vielversprechend.

Die Technologie wird in den kommenden Jahren weiterentwickelt werden, und es wird spannend sein zu sehen, wie sie sich sowohl im Elektroauto als auch im Speicher-Segment schlagen wird. Batterieforscher Prof. Max Fichtner ist überzeugt, dass die Natrium-Batterie ab 2025 oder 2026 auch in Mittelklasse-Serienautos auftauchen wird.

Dann könnte auch ein weiterer Sprung der Technologie kommen: Denn mehrere Batterie-Hersteller wie Sakuu haben bis dahin Natrium-Ionen-Akkus aus dem 3D-Drucker angekündigt…

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