Schwerpunkte

Marktreife Natrium-Ionen-Batterie

Beginn des Post-Lithium-Zeitalters

30. August 2021, 15:30 Uhr   |  Engelbert Hopf, Ralf Higgelke


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"Reichlich vorhandene und kostengünstige Rohstoffe..."

»Eine bedeutsame Initiative«, nennt Prof. Dr. Stefano Passerini, der Koordinator des EERA Joint Program on Energy Storage und Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm, den Vorstoß von CATL und sieht »Europa einmal mehr in die Rolle des Nachzüglers gedrängt«. Auch wenn die erste Generation der Natrium-Ionen-Zellen mit 160 Wh/kg noch deutlich unter den 200 Wh/kg der Lithium-Ionen-Batterien liegen, »können sie diese im Extremfall in all jenen Anwendungen ersetzen, die keine hohe Energie benötigen, wie etwa in stationären Anwendungen, leichten Nutzfahrzeugen, im Stadtverkehr, bei Lieferdiensten, bei der Müllabfuhr oder bei Stadtautos und Motorrollern«.

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© KIT

Prof. Dr. Stefano Passerini, Helmholtz-Institut Ulm: »Der Vorstoß von CATL ist eine bedeutsame Initiative. Im Extremfall können Natrium-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Systeme in all jenen Anwendungen ersetzen, die keine hohe Energie benötigen.«

»Ihr größter Vorteil gegenüber Lithium-Ionen-Batterien liegt in den reichlich vorhandenen und kostengünstigen Rohstoffen«, bestätigt auch Dr. Shalu Argawal. Weiter führt die Analystin bei Yole Développement aus: »Fast das gesamte Lithium weltweit stammt aus vier Ländern: Australien, Chile, China und Argentinien. Außerdem ist die Gewinnung von Lithium nicht umweltfreundlich, während Natrium in der Erdkruste über tausendmal mehr vorhanden ist als Lithium.« Das macht sowohl Natrium als auch entsprechende Batterien viel kostengünstiger als ihre Gegenstücke aus Lithium. »Außerdem wird für die Kathoden von Lithium-Ionen-Batterien in der Regel Kobalt verwendet, ein begrenzt verfügbares Metall, das mit erheblichen ökologischen und humanitären Problemen verbunden ist. Für die Kathoden von Natrium-Ionen-Batterien wird in der Regel Natrium-Metalloxid verwendet«, so die Analystin.

Eine aktuelle Umfrage der Markt&Technik bei führenden Batterieherstellern zeigt, dass man dort bislang offenbar nicht auf Natrium-Ionen-Batterien setzt. So gibt Oliver Sonnemann, Department Head Battery Sales bei Panasonic Industry Europe, zu Protokoll, «dass wir Natrium-Ionen-Batterien nicht als Technologie der Zukunft ansehen und uns eher in andere Richtungen bewegen«. Bei GS Yuasa wollte man keine Einschätzung zu den Potenzialen von Natrium-Ionen-Systemen abgeben.

Holger Gritzka, CEO des Batterie-Startups Blackstone Technology, gibt Natrium-Ionen-Batterien dann eine Chance, »wenn es gelingt, die chemisch-physikalischen Nachteile von Natrium gegenüber Lithium im Zelldesign zu kompensieren«. Ein Ersatz für Lithium-Ionen- werden Natrium-Ionen-Systeme auf absehbare Zeit nicht sein, »aber sie können über lange Zeit eine sinnvolle Ergänzung für bestimmte Anwendungen sein«. Letztlich sieht aber auch er als langfristige, markttaugliche Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Systemen nur Natrium-Ionen- und Lithium-Festkörperbatterien an.

Und wie beurteilen die potenziellen Anwender wie etwa Batteriekonfektionäre die Marktchancen von Natrium-Ionen-Systemen? »Für den Consumer-Markt halte ich das nicht für geeignet«, so Werner Suter, Managing Director der Tefag Elektronik; »dafür ist die Energiedichte noch zu gering«. Für stationäre und Automobil-Anwendungen sieht er allerdings Möglichkeiten, »das wird aber noch dauern«. Eine Einschätzung, die auch der ZVEI teilt. Dort rechnet man derzeit etwa in der zweiten Hälfte dieses Jahrzehnts mit der Marktreife weiterer Zelltechnologien, die in Konkurrenz zu den etablierten Lithium-Ionen-Systemen treten können: »Dazu könnten unter anderem Natrium-Ionen-Batterien und auch Feststoffbatterien gehören.«

Dr. Martin Busche, Director Engineering bei Akasol in Darmstadt, sieht Natrium-Ionen-Batterien derzeit als Ergänzung: »CATL hat sich bei ihrer Vorstellung für die bessere Schnellladefähigkeit und die bessere Tieftemperatur-Performance entschieden. Die niedrige Energiedichte soll durch die Kombination mit High Energy LIBs kompensiert werden.« Bei Akasol sieht man Marktchancen für Natrium-Ionen-Batterien, da sich Na- und Li-Ionen-Batterien hinsichtlich der Produktionsprozesse ähnlich sind »und man so LIB-Anlagen auch für NIB-Batterien nutzen und so die Kostenvorteile durch die ständig besser werdenden Produktionslinien nutzen kann«.

Auch für Dr. Tim-Patrick Fellinger, Batterieforscher an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), erscheinen die Marktchancen von Natrium-Ionen-Batterien realistisch, da die zunehmende Nachfrage von Lithium-Ionen-Batterien kaum kurzfristig durch die Produktion gedeckt werden könne. »Da die Produktionskapazität für Natrium-Ionen-Zellen zügig hochgefahren werden könnte, können diese eine Alternative bieten. Außerdem lassen sich Natrium-Ionen-Zellen umweltfreundlicher und preisgünstiger produzieren«, resümiert Fellinger. 

Die vollständige Ausgabe 34/2021 können Sie hier als E-Paper lesen.
 

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KIT - Karlsruher Institut für Technologie, TU MÜnchen, Elektr. Energiespeichertechnik und andere Fachbereiche, Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien u. Energie GmbH, Fraunhofer IISB (Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie), Yole Développement, Panasonic Industrial Europe GmbH, Yuasa Battery (Europe) GmbH, TEFAG ELEKTRONIK AG, ZVEI Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V., AKASOL GmbH