Die weltweite Nachfrage nach Batterien steigt. Bereits innerhalb der nächsten 7 Jahren werden Batterien laut Schätzung des europäischen Parlaments um das 14-fache angefragt werden (1). Eine Schätzung, die sich fragen lässt, ob und wie die Batterie der Zukunft aussehen wird.
Für den Antrieb von Elektrofahrzeugen ist die heutige Technologie der Wahl Lithium-Ionen. Sie wird auch primär bei Mobilfunkgeräten und Notebooks eingesetzt. Dennoch sind Lithium-Vorkommen endlich. Die Häufigkeit von Lithium in der Erdkruste wurde mit einem Anteil von 0,006% berechnet (2). Die Hauptreserven sind im Hartgestein in Australien oder in Sole in Südamerika gespeichert.
Die Mitgliedsländer der Europäischen Union verfügen über vergleichsweise wenig natürliche Ressourcen. Das Resultat: Für die europäische Herstellung von Batterien müssen daher kritische Rohstoffe wie Kobalt, Mangan, Lithium und Nickel importiert werden.
Sowohl in Europa als auch weltweit wird nach Alternativen für Lithium-Ionen-Akkus gesucht. In diesem Kontext wird die Natrium-Ionen-Technologie zurzeit als vielversprechende Technologie betrachtet.
Natrium – Vorteile im Überblick
Der erste Vorteil liegt darin, dass Natrium weltweit auf der Erdkruste verteilt ist. Mit einem Anteil von 2,36% ist es das sechsthäufigste Element der Erde (3). Die Vorkommen sind weltweit gleichmäßig verteilt, sodass es keine Abhängigkeit von einzelnen Ländern gibt. Natrium kommt z.B. im Meersalz als Natriumchlorid vor.
Natriumionen sind jedoch etwa dreimal schwerer als Lithiumionen und weisen dadurch eine niedrigere Energiedichte auf. Desto trotz wurde die Natrium-Technologie als eine für die Zukunft relevante Technologie identifiziert.
Warum Natrium auch für die Batterie-Technologie von Interesse ist
Wissenschaftler gehen davon aus, dass Natrium-Ionen-Akkus kostengünstiger als Lithium-Ionen-Akkus sein werden. Sie sollen ebenfalls eine höhere Sicherheit aufweisen. Es wird geschätzt, dass die Sicherheit der Natrium-Ionen-Technologie, sich deren der Blei-Säure-Technologie stark nähern wird. Im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien sollen sie eine bessere Zyklenlebensdauer erreichen und schneller geladen werden können. Darüber hinaus werden bessere Performance bei niedrigen Temperaturen erwartet.
Die Natrium-Ionen-Technologie ist eine so genannte Drop-In-Technologie. Drop-In-Technologie, weil die elektrochemischen Abläufe einer Natrium-Ionen- und Lithium-Ionen-Batterie identisch sind und so die gleichen Produktionsanlagen verwendet werden können.
Natrium-Ionen-Akkus sind frei von Lithium, Kupfer und Kobalt. Dadurch ist ihre Herstellung unabhängig von kritischen Rohstoffen. Anstelle von Graphit werden für die Anoden Nicht-graphitierte-Hartkohlenstoffe (Hard Carbon) eingesetzt, für deren Herstellung weniger Energie benötigt wird. Es wird kein natürlicher Rohstoff abgebaut, denn Hard Carbon kann u. a. aus Bioabfällen gewonnen werden.
Erste Fahrzeuge mit Natrium-Ionen-Batterien wurden bereits 2022 in China getestet. Im Rahmen der Förderung „Batterie 2020 Transfer“ forscht die BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, nach neuartigen Materialien für die Anoden von Natrium-Ionen-Akkus (4).
Auch wir bei HOPPECKE beschäftigen uns mit zukünftigen Technologien und dem möglichen Einsatz von Natrium-Ionen-Batterien in industriellen Anwendungen. Erste Prototypenzellen werden derzeit in unseren Laboren getestet. Außerdem beantragt HOPPECKE derzeit in einem Industrie- und Wissenschaftskonsortium Drittmittel, um diese Technologie weiterzuentwickeln.
Quellen:
