Alternative zu Lithium-Ionen-Akkus

Natrium-Ionen-Akkus von CATL haben 160 Wh/kg

6. August 2021, 11:28 Uhr | Ralf Higgelke

Auf seiner »Tech Zone« hat CATL nun eine Natrium-Ionen-Batterie vorgestellt. Deren Energiedichte liegt bei bis zu 160 Wh/kg. Zudem lassen sie sich mit Lithium-Ionen-Zellen im selben Akkupack kombinieren. Die industrielle Einführung hat begonnen, bis 2023 soll eine komplette Lieferkette stehen.

Dr. Robin Zeng, Chairman von Contemporary Amperex Technology (CATL), hat auf der virtuellen Technologiekonferenz des Unternehmens die erste Generation der Natrium-Ionen-Batterie sowie die AB-Batterielösung vorgestellt, bei der sich Natrium- und Lithium-Ionen-Zellen in einem Akkupack integrieren lassen, um die Vorteile beider Zellchemien zu kombinieren.

Die Natrium-Ionen-Batterie basiert auf einem ähnlichen Funktionsprinzip wie die Lithium-Ionen-Batterie. Auch hier wandern Natriumionen zwischen Kathode und Anode hin und her. Da diese jedoch größer sind als Lithiumionen, sind die Anforderungen an die strukturelle Stabilität und die kinetischen Eigenschaften der Materialien höher. Dies hemmte die Industrialisierung von Natrium-Ionen-Batterien.

Für die Kathoden verwendet das Unternehmen Preußisch Weiß mit höherer spezifischer Kapazität und hat die Struktur des Materials durch Neuanordnung der Elektronen umgestaltet. Dadurch ließ sich der rasche Kapazitätsschwunds beim zyklischen Laden und Entladen lösen.

Für die Anode hat das Unternehmen ein Hartkarbonmaterial entwickelt, das sich durch eine besondere poröse Struktur auszeichnet. Dadurch ließen sich Natriumionen im großen Umfang speichern und schnell transportieren, und auch die Zyklenfestigkeit sei ausgezeichnet, wie das Unternehmen betont.

Dr. Robin Zeng, Chairman von Contemporary Amperex Technology (CATL), stellt auf der Technologiekonferenz des Unternehmens die erste Generation der Natrium-Ionen-Batterie vor.

Besonders für niedrige Temperaturen geeignet

Die Energiedichte der Natrium-Ionen-Batteriezelle von CATL kann bis zu 160 Wh/kg erreichen. Das Entwicklungsziel für die nächste Generation liegt bei über 200 Wh/kg, also im Bereich heutiger Lithium-Ionen-Akkus. Bei Raumtemperatur lässt sich die neue Natrium-Ionen-Zelle in 15 Minuten auf 80 Prozent aufladen. Darüber hinaus kann sie bei einer Umgebungstemperatur von –20 °C ihre Kapazität zu mehr als 90 Prozent erhalten. Die thermische Stabilität der Natrium-Ionen-Batterien übertrifft laut CATL die nationalen Sicherheitsanforderungen für Traktionsbatterien.

Die erste Generation von Natrium-Ionen-Batterien kann in verschiedenen Szenarien bei der Elektrifizierung des Verkehrs eingesetzt werden, insbesondere in Regionen mit sehr niedrigen Temperaturen. Außerdem soll sie sich an die Anwendungsbedürfnisse verschiedener Szenarien im Bereich der Energiespeicherung anpassen lassen.

Im Bereich der Batteriesysteme hat CATL die AB-Systemlösung entwickelt, bei der Natrium- und Lithium-Ionen-Akkus in einem bestimmten Verhältnis in einem Akkupack kombiniert werden. Die verschiedenen Batteriesysteme werden durch einen besonderen Algorithmus im Batterie-Management-System gesteuert. Diese Systemlösung kann den derzeitigen Schwachpunkt der Natrium-Ionen-Zellen in Bezug auf die Energiedichte ausgleichen und zugleich ihre Vorteile in Bezug auf hohe Leistung und Performance bei niedrigen Temperaturen nutzen.

Lieferkette von Natrium-Ionen-Batterien bis 2023

Dr. Qisen Huang, stellvertretender Leiter des CATL-Forschungsinstituts, sagte auf der Veranstaltung, dass Fertigung von Natrium-Ionen-Batterien mit den Fertigungsanlagen und -verfahren für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel seien. Daher sollten sich Produktionslinien schnell umstellen lassen, um eine hohe Produktionskapazität zu erreichen. CATL hat bereits mit der industriellen Einführung von Natrium-Ionen-Batterien begonnen und plant, bis 2023 eine grundlegende industrielle Fertigungskette aufzubauen. CATL lädt Zulieferer und Abnehmer sowie Forschungseinrichtungen dazu ein, gemeinsam die Förderung und Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien zu beschleunigen.