Lithium-Ionen vs. Natrium-Ionen
Welchem Batterietyp gehört die Zukunft?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Na-Ionen-Batterien: Vorteile
Obwohl Na-Ionen-Batterien nicht die gleiche Energiedichte wie Li-Ionen-Batterien aufweisen, bieten sie Vorteile bei der Sicherheit und den Kosten: Natrium lässt sich in einem breiteren Temperaturbereich betreiben. Na-Ionen haben eine ähnliche Interkalations-/Ladechemie wie Li-Ionen. Viele der Materialien, die für Na-Batterien getestet werden, ähneln denen, die für Lithium verwendet werden. Grafit kann jedoch nicht als Anode in Na-Ionen-Batterien verwendet werden, da es energetisch nicht günstig ist, Natrium zwischen die einzelnen Schichten einzubringen. Einige Unternehmen verwenden daher Hartkohlenstoff-Anoden mit einem NaPF6-Elektrolyten.
Das am weitesten verbreitete Design für Na-Ionen-Batterien ähnelt den gängigsten Lithium-Pendants: eine Natriumoxid-Kathode, eine Anode auf Kohlenstoffbasis und ein Elektrolyt in nichtwässriger Lösung. Die Herstellungsverfahren sind ebenfalls ähnlich, sodass sich alle Fertigungsstätten, die Li-Ionen-Batterien herstellen, vollständig an die Na-Ionen-Technik anpassen lassen.
Dies ist entscheidend, da eine aktuelle Analyse von Bloomberg New Energy Finance davon ausgeht, dass die Nachfrage nach Lithium bis 2030 um das 1500-fache steigen wird – was wiederum die Preise für Lithium in die Höhe treiben wird. Die Herstellung alternativer Batterietypen könnte dann eher eine wirtschaftliche Notwendigkeit als ein Novum sein.
Einsatzgebiete der Na-Ionen-Batterie
Auch die Leistungsfähigkeit ist kein Problem. Im Juni 2020 entwickelte ein Team der Washington State University (WSU) und des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) einen Prototyp für eine Na-Ionen-Batterie, die eine ähnliche Kapazität wie einige Li-Ionen-Batterien aufweist und sich erfolgreich aufladen lässt. Nach 1000 Zyklen soll diese mehr als 80 Prozent der Ladung behalten.
Na-Ionen sind größer als Li-Ionen. Die Energiedichte von Na-Batterien ist dann von Natur aus geringer, wodurch sich Natrium besonders gut für stationäre Anwendungen eignet, bei denen die Batteriegröße weniger wichtig ist.
Viele der ersten Anwendungen sind wahrscheinlich als Ersatz für Blei-Säure-Batterien gedacht, bei denen die Na-Ionen-Technik bei ähnlichen Kosten eine viel höhere Energiedichte und Leistungsfähigkeit liefert. Solche Anwendungen umfassen intelligente Stromnetze, Netzspeicher für erneuerbare Kraftwerke, Auto-SLI-Batterien, USV, Telekommunikation, Heimspeicher und andere stationäre Energiespeicheranwendungen.
Alle Anwendungen an Orten mit extremen Temperaturen (hoch oder niedrig) wie Wetterstationen, Pipeline-Inspektionsgeräte, Kommunikationsverbindungen oder dergleichen sind auch für Na-Ionen-Batterien geeignet.
Das Transportwesen ist ein weiterer Einsatzbereich für Na-Ionen-Batterien mit höherer Energiedichte, die nichtwässrige Elektrolyte verwenden. Dies trifft für jede Anwendung zu, die derzeit von Li-Ionen-Batterien bedient wird. Elektrowerkzeuge, Drohnen, Elektrofahrzeuge mit niedriger Geschwindigkeit, E-Bikes, E-Scooter und E-Busse können von den niedrigeren Kosten für Na-Ionen-Batterien im Vergleich zu Li-Varianten mit ähnlichen Leistungsniveaus profitieren.
Langfristig werden Na-Ionen-Batterien in Anwendungen mit sehr hoher Leistungsdichte eingesetzt. Darunter fallen Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite und die Consumer-Elektronik mit Mobiltelefonen und Laptops, die derzeit mit teureren Li-Ionen-Batterien betrieben werden.
Einige Unternehmen haben das Potenzial von Na-Ionen-Batterien erkannt und engagieren sich für Entwicklungen in diesem Bereich, unter anderem Faradion, Tiamat, Aquion Energy, Novasis, Nitron und Altris.
Jeder Akku ist natürlich nur dann effizient, wenn er schnell und sicher er aufgeladen werden kann. Beim Laden von Na-Ionen-Batterien werden positive Na-Ionen aus der Kathode entnommen und auf die Anode übertragen, während sich die Elektronen durch den externen Stromkreis bewegen. Beim Entladen kehrt sich der Vorgang um. Der Vorteil daran ist, dass die Ladezeit mit alternativen Batterietypen vergleichbar ist und keine speziellen Ladegeräte erforderlich sind. Je nach Anwendung kann dann ohne nennenswerte Kosten oder Unannehmlichkeiten auf Na-Ionen-Batterien umgestellt werden.
Weitere Informationen zu Batterien sind unter www.Mascot.no zu finden. (kv)
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