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Natrium-Ionen-Akkus als Lithium-Alternative
12.08.2021

Natrium-Ionen-Akkus als Lithium-Alternative

Kälteresistent, sicher und vor allem eins: lithiumfrei. Das versprechen die neuen Natrium-Ionen-Akkus von Faradion und Tesla-Zulieferer CATL. Sie sind die ersten Natrium-Ionen-Akkus, die an die Energiedichte von Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LiFePO4) herankommen.

Als großes Manko der Natrium-Ionen-Akkus galt lange Zeit ihre niedrige Energiedichte, die sie ungeeignet für viele Anwendungen machte. Dazu zählte auch die Elektromobilität. Doch nun haben gleich zwei Unternehmen den Produktionsstart von ersten kommerziellen Zellen verkündet, was Natrium-Ionen Akkus zu einer echten Alternative für die Elektromobilität machen könnte. Eins der Unternehmen ist die chinesische Firma CATL, die zugleich größter Akkuhersteller der Welt ist und unter anderem Tesla beliefert. Auch die britische Firma Faradion gab gemeinsam mit dem Akkuhersteller AMTE den Start der Produktion bekannt. Ausschlaggebend sei die ständige Verbesserung der Energiedichte der Natrium-Ionen Akkus.

Die Technologie von Faradion, die vollkommen auf Lithium, Kobalt und Kupfer verzichtet, geht nun in Großbritannien in Vorserienproduktion. Mit einer Energiedichte von 150-160 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) erreichen sie ca. 90 % der Energiedichte von LiFePO4 und weisen eine Ladezeit von ungefähr 15 Minuten auf. Zudem sind die Modelle weniger kälte- und hitzeempfindlich – und somit auch weniger feuergefährlich als die ohnehin bereits robusten LiFePO4-Akkus. Als weiterer Vorteil kann die unkomplizierte Entladung genannt werden, die die Natrium-Ionen-Akkus für den Transport oder die Lagerung sehr geeignet machen. Damit sind sie im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus kein Gefahrgut. Mit voller Ladung überstehen die neuen Modelle, ähnlich wie Nickel-basierte Lithium-Ionen-Akkus, ca. 1.000 Ladezyklen, bei einer Ladung von 80 % sogar bis zu 3.000 Zyklen. Solch detaillierte Informationen wie von Faradion sind zu den Modellen vom chinesischen Akkuhersteller CATL bisher nicht bekannt.

Eine Lösung für das Lithium-Problem

Der Tesla-Zulieferer CATL kündigte die neue Technologie im Mai auf einer Aktionärsversammlung mit der Begründung an, man wolle sich unabhängiger von ausländischen Lithium-Zulieferern machen. Start der Produktion solle bereits im Juli 2021 sein. Die Speicherfähigkeit der Natrium-Ionen-Akkus ist vergleichbar mit den LiFePO4-Akkus im Tesla Model 3, was zeigt, dass die Technologie für hochwertige Elektroautos geeignet ist und bereits verbaut wird. Die neue Technologie könnte bereits in einigen Jahren notwendig sein.

Akzeptanz für niedrigere Energiedichte wächst bei Autoherstellern

Nachdem Ford und VW den Ankündigungen Teslas folgten und Akkus mit geringerer Energiedichte verwenden wollen, ist spätestens jetzt die Akzeptanz in der Branche vorhanden und der Weg für Modelle mit Natrium-Ionen-Akkus geebnet. Die Tatsache, dass Lithium als Rohstoff aufgrund der erhöhten Nachfrage inzwischen knapp wird und sich der Preis seit Ende letzten Jahres bereits verdoppelt hat, spielt der neuen Technologie ebenfalls in die Karten. Um eine künftige Versorgung mit Lithium gewährleisten zu können, wurde der Rohstoff sogar kürzlich durch die Europäische Kommission zur strategischen Ressource erklärt. Marktbeobachter*innen erwarten ebenfalls bereits ab 2025 eine Lithium-Nachfrage, der das Angebot nicht mehr gerecht werden kann. Im Umkehrschluss bedeutet das, dass die Umstellung auf Elektrofahrzeuge voraussichtlich nicht ohne Alternativen – wie Natrium-Ionen-Akkus – beschleunigt werden kann.

Die Technologie von Faradion

Obwohl Natrium-Ionen-Akkus einiges mit Lithium-Ionen-Akkus gemeinsam haben, kommen sie ohne Lithium, Kupfer und Kobalt aus. Dies ist besonders vorteilhaft, da die genannten Rohstoffe in der Erdkruste nur in begrenzten Konzentrationen vorkommen und ihre Förderung Umweltschäden verursacht. Ein weiterer Vorteil der Umstellung ist, dass für die Herstellung von Natrium-Ionen-Akkus zum Großteil dieselben Anlagen und Technologien genutzt werden können, die bereits für Lithium-Ionen-Akkus entwickelt wurden. Außerdem ist ein Sicherheitsvorteil zu nennen: der Verzicht auf Kupfer. Da sich Lithium in der Anode mit Aluminium verbinden würde, wird bei Lithium-Ionen-Akkus Kupfer zum Schutz verwendet. Auf diese Kupferfolie kann bei Natrium-Ionen-Akkus verzichtet werden, da sich Natrium im Gegensatz zu Lithium nicht mit Aluminium verbindet.

Die Zukunft der Natrium-Ionen-Technik

In den letzten zehn Jahren wurden bereits große Fortschritte in der Natrium-Ionen-Technologie gemacht. Bereits zum aktuellen Zeitpunkt zeigen sie praxistaugliche Werte in Bezug auf ihre Energiedichte und auf ihre Lebensdauer. Natrium-Ionen-Akkus bringen zudem in Bezug auf die Umwelt einen Vorteil mit sich und sind im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus keinem Versorgungsengpass ausgesetzt. Gleichzeitig kann man behaupten, dass das Potenzial der Technik noch nicht ausgeschöpft ist. Bei Faradion hofft man, dass noch in diesem Jahr die nächste Generation mit einer noch höheren Energiedichte vorgestellt werden kann. Das, was der Entwicklung von Lithium- oder Natrium-Ionen-Akkus jedoch immer noch fehlt, ist die kommerzielle Unterstützung und die Investitionen, die bisher lediglich in China in Vielzahl stattfinden.


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Quellen: golem.de, Frank Wunderlich-Pfeiffer, 18.06.2021
Bild: Faradion