Natrium-Ionen-Akkus stark im Kommen

Wie aus einem Tweet des chinesischen Batteriegiganten Contemporary Amperex Technology (CATL) hervorgeht, wird dieser demnächst Natrium-Ionen-Akkus an den Automobilhersteller Chery liefern. Damit ist Chery der erste Autobauer, der solche Akkus erhält. Chery befindet sich im Besitz des chinesischen Staates.

CATL, das bisher führend auf dem Markt für Lithium-Ionen-Akkus ist, setzt nun zum Sprung auf den Natrium-Akku-Markt an. Bei diesem handelt es sich um ein neues Segment, das ein erhebliches Potenzial aufweist. Nach intensiver Forschungstätigkeit hatte CATL bereits 2021 angekündigt, bis 2023 eine Serienfertigung aufzubauen. Ein Grund für die rasche Entwicklung ist dabei die grundsätzliche Ähnlichkeit und somit Kompatibilität mit den Anlagen und Verfahren der Lithium-Batterien-Produktion.

Unmittelbar darauf zog Hina, ein Wettbewerber von CATL auf dem Batterienmarkt, mit der Massenfertigung nach. Dessen Natrium-Akkus sind im sogenannten Sehol E10X eingebaut, dem ersten mit der neuen Technologie ausgestatteten Elektroauto. Dass dieses Modell vor allem als kleiner, wendiger Stadtflitzer konzipiert ist, liegt primär an der bislang noch geringeren Reich­weite der Natrium-Ionen-Akkus.

Zwar liegen zu diesem Akkutyp noch keine exakten Leistungsdaten vor, doch bewegen sich die Natriumzellen von Hina in einem Bereich zwischen 140 und 155 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg). Die von CATL gebauten Natrium­zellen weisen immerhin eine Dichte von 160 Wh/kg auf, ein Wert, der mit der kommenden Generation noch deutlich übertroffen werden soll. Doch auch mit der geplanten Energiedichte von knapp über 200 Wh/kg könnten die Natrium-Ionen-Akkus immer noch nicht mit der der Lithium-Ionen-Akkus mithal­ten, die derzeit bei 260 Wh/kg liegt. Und dabei ist mit weiteren Steigerungen zu rechnen: Auf bis zu 350 Wh/kg Energiedichte hofft man bei VW bis zum Jahr 2030 zu kommen. 

Etliche Vorteile der Natrium-Ionen-Akkus

Der gegenwärtig noch deutlich geringeren Energiedichte und somit niedri­geren Reichweite von Natriumzellen stehen entscheidende Vorteile gegen­über: Die Herstellung ist kostengünstig, was nicht zuletzt an den eingebauten Rohstoffen Natrium und Aluminium liegt. Im Unterschied zu Lithium, Kobalt und Kupfer, die oft unter erschwerten Bedingungen in Sachen Umwelt und Men­schenrechte in einigen wenigen Ländern wie Chile, Australien, Argentinien, China und dem Kongo gefördert werden, sind diese Stoffe auf der Erde viel weiter verbreitet.

So kommt Aluminium in der Erdkruste am dritthäufigsten vor (8,1 %), während man Kupfer ähnlich selten antrifft wie Lithium (0,006 %), wobei fast 25 % der gesamten Kupferproduktion des Jahres 2022 beziehungsweise 5,2 Millionen Tonnen aus Chile stammen. Ein anderer „Konfliktstoff“, der für Lithiumzellen benötigt wird, ist Kobalt, das mit einem Anteil von 0,003 % ebenfalls selten ist. Sein Abbau im Kongo ist sehr aufwendig, weshalb er häufig mit Kinderarbeit, Ausbeutung und der Finanzierung von Waffengeschäften in Verbindung steht.  

Ein weiterer Grund für die reduzierten Produktionskosten liegt in der bereits er­wähnten Ähnlichkeit der Bauprinzipien von Lithium- und Natrium-Ionen-Akkus. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass Natrium anstatt Lithium als Trägermaterial für die Ladung zwischen den Polen verwendet wird. Durch diese Ähnlichkeit können teure Umrüstungen und Anpassungen der Produkti­onsinfrastruktur eingespart werden. In vergleichbarer Weise wird Aluminium anstelle von Kupfer als Anodenmaterial eingesetzt.

Neben der einfacheren und kostengünstigeren Gewinnung der notwendigen Rohstoffe ist die Flexibilität von deren Verfügbarkeit ein wichtiger Faktor. Dadurch reduzieren die produzierenden Unternehmen ihre Abhängigkeit von einzelnen Unternehmen und Regimes und profitieren von den am freien Markt sich bildenden Preisen. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Temperaturbeständig­keit der Akkus: Selbst bei Temperaturen von –20 °C sollen 90 % ihrer Kapazität unmittelbar abrufbar sein. Das steht im Gegensatz zu Lithium-Akkus, die bereits ab –10 °C erheblich an Kapazität verlieren und dann kaum mehr verwendbar sind.

China eindeutig in Führung

Auch wenn bereits in anderen Erdteilen an Natrium-Akkus gebaut wird, ist und bleibt China auf dem Gebiet führend. Zwar befindet sich Altris, ein schwedi­scher Konzern, im Aufbau einer Anlage für Natriumakkus, deren Jahresproduk­tion sich auf eine Gesamtkapazität von einer Gigawattstunde belaufen soll, und in den USA beabsichtigt der Akkuhersteller Clarios gemeinsam mit dem Start-up Natron Energy aus Kalifornien, eine spezielle Produktionslinie für Natrium-Ionen-Akkus mit einer Gesamtkapazität von 600 Megawattstunden in Michigan einzurichten, parallel zu der dort bestehenden Lithium-Ionen-Batte­rie-Produktion. Dennoch erscheinen diese Zahlen gegenüber den in China geplanten Kapazitäten gering: Nach Angaben von „Benchmark Minerals“, einem Fachportal, belaufen sich die chinesischen Jahreskapazitäten auf stolze 3,1 Gigawattstunden.

Was in diese Zahlen allerdings noch nicht eingeflossen ist, sind die derzeit in China insgesamt geplanten oder im Umbau befindlichen Fabriken: Werden sie außerdem berücksichtigt, so ist bis 2030 mit einer schwindelerregender Zahl von 100 Gigawattstunden Gesamtkapazität zu rechnen. Zum Vergleich: Laut einer Umfrage von McKinsey lag die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Akkus im Jahr 2022 bei 700 Gigawattstunden, wobei bis 2030 von einer exponentiellen Steigerung bis auf 4,7 Terawattstunden auszugehen sei.

Als Stadtflitzer attraktiv  

Aufgrund ihrer geringen Reichweite liegt es nahe, dass sich Natrium-Ionen-Akkus – man nennt sie auch „Salzakkus“ – primär für einen Einsatz im Stadtver­kehr eignen. Ein weiteres Beispiel hierzu ist BYD, Chinas zweitgrößter E-Auto-Bauer. Mit dem Modell Seagull hat er auf der Automesse in Shanghai ein Modell vorgestellt, das in einer 10.500-Euro- und einer 13.000-Euro-Variante zu haben ist. Dabei verfügt die günstigere Variante mit einer Reichweite von etwa 300 Kilometern über einen Natriumakku, während die teurere Variante mit Batteriezellen aus Lithium-Eisenphosphat etwas über 400 Kilometer erreicht.

Für europäische und US-amerikanische Autobauer sind solche Reichweiten gegenwärtig noch wenig attraktiv. Für den chinesischen Markt, wo derzeit generell ein gigantischer Ausbau der Kapazitäten für E-Autos stattfindet, stel­len die Natriumzellen jedoch eine durchaus ernst zu nehmende Ergänzung zu ihren reichweitenstärkeren Geschwistermodellen dar.

Natriumakkus als neuer Standard?

Der Abstand in puncto Energiedichte und Reichweite, den die Salzakkus heute zu den Lithiumakkus haben, könnte sich in Zukunft verringern. Dann würden die Vorteile der Natriumakkus umso stärker ins Gewicht fallen. Ob die Entwicklung in diese Richtung geht, hängt vom technologischen Fortschritt der kommenden Jahre ab.

Vorstellbar ist aber noch ein anderes Szenario: Anstatt in Konkurrenz zueinan­der zu treten, könnten die beiden Zellentypen auch in Akkupacks miteinander kombiniert werden, um so von den Vorteilen beider profitieren zu können. Überlegungen in dieser Richtung hat man bereits in der Vergangenheit bei CATL angestellt.

Quellen: derstandard.at, 22.04.2023 und efahrer.com, Aslan Berse, 19.04.2023
Bild: CATL