Die Natrium-Ionen-Batterie führt bisher im Vergleich zu ihrem Lithium enthaltenden Pendant ein Schattendasein. Doch insbesondere chinesische Hersteller setzen auf die Technologie, die viele Vorteile verspricht.
Fabriken von CATL wie hier in Sichuan könnten schnell auf die Produktion von Natrium-Ionen-Batterien umgestellt werden.
CATL
Natrium-Ionen-Batterien haben gegenüber Lithium-Ionen-Batterien eine geringere Leistungsdichte und deutlich weniger Ladezyklen. Eine detaillierte Übersicht dazu gibt Springer-Vieweg-Autor Gerhard Babiel in seinem Buchkapitel Elektrochemische Energiespeicher und -wandler auf Seite 24.
Damit hat die Technologie schon seit ihrer Erforschung in den 1980er Jahren zu kämpfen. Die Energiedichte liegt aktuell bei etwa 140 bis 155 Wh/kg (HiNa) oder bis zu 160 Wh/kg (Hersteller CATL). Mit der nächsten Generation will CATL allerdings eine Energiedichte von bis zu 200 Wh/kg erreichen, was der Energiedichte einer modernen Lithium-Eisenphosphat-Zelle entspricht.
Erste E-Autos fahren schon mit Natriumbatterie
In China sind bereits die ersten E-Autos mit Reichweiten um die 300 km mit Natrium-Ionen-Batterien erhältlich. Der staatliche chinesische Autobauer Chery wird als erstes Unternehmen Batterien von CATL erhalten. Auch JAC hat bereits die Genehmigung des chinesischen Industrieministeriums MIIT erhalten, ihre kleinen und günstigen E-Autos mit Natrium-Ionen-Batterien in großen Serien zu produzieren.
Denn die Kompatibilität mit den bisherigen Anlagen und Verfahren zur Herstellung von Lithium-Akkus ermöglicht eine schnelle Massenproduktion.
Natrium-Batterien werden auch deswegen immer beliebter, da sie kostengünstiger sind und auf die begrenzten Rohstoffe Lithium und Kobalt verzichten. Sie können in nur 15 min zu 80 % aufgeladen werden. Sie sind rund 40 % günstiger als Lithium-Ionen-Batterien und weniger temperaturempfindlich. Selbst bei -20 °C können noch 90 % der Kapazität genutzt werden, ohne dass eine Vorheizung erforderlich ist.
Kombi mit Lithium-Zellen möglich
Ein möglicher Ansatz ist auch die Kombination von Natrium- und Lithium-Zellen, um Akku-Packs mit den Vorteilen beider Technologien zu schaffen und die hohe Energiedichte der Lithium-Ionen-Technologie zu nutzen.
Derzeit liegt der Schwerpunkt der Natrium-Ionen-Batterie-Entwicklung eindeutig in China, wo CATL und HiNa bereits Serienproduktion betreiben und andere Unternehmen ihre Produktionskapazitäten aufbauen. Auch die Auto-Hersteller BYD und Sehol wollen sich an dem Wettrennen beteiligen, da Natrium-Ionen-Batterien für den Stadtverkehr und daher für Kleinwagen vollkommen ausreichend sind.
Laut Benchmark Minerals werden in China derzeit Kapazitäten von 3,1 GWh pro Jahr aufgebaut, mit einer erwarteten Kapazität von über 100 GWh bis 2030. Im Vergleich dazu betrug die weltweite Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien im Jahr 2022 etwa 700 GWh und wird laut McKinsey bis zum Ende dieses Jahrzehnts voraussichtlich auf 4,7 TWh pro Jahr ansteigen.
Anfänge auch in Europa
In Europa arbeitet Altris am Aufbau einer Kathodenproduktionsanlage auf Natriumbasis mit einer Jahresproduktion von 2.000 t, was die Herstellung von Akkus mit einer Gesamtkapazität von 1 GWh ermöglichen würde. In den USA plant das Startup Natron Energy in Zusammenarbeit mit Clarios die Einrichtung einer Produktionslinie für Natrium-Ionen-Batterien in einer bestehenden Lithium-Ionen-Batteriefabrik in Michigan, um jährlich Akkus mit einer Gesamtkapazität von 600 MWh herzustellen.
Darüber hinaus gibt es weitere Unternehmen wie Faradion, Tiamat Energy, NEI und Pylontech, die Partnerschaften und Entwicklungen im Bereich Natrium-Ionen-Batterien vorantreiben, sei es für E-Fahrzeuge oder stationäre Energiesysteme.
Sinnvoll ist das auf jeden Fall. "Eine vielversprechende Alternative bzw. Ergänzung zu Lithium-Ionen-Batterien (LIB) stellt die Natrium-Ionen-Batterien (NIB) dar. Aufbau und Funktion sind ähnlich wie bei LIB, wobei Lithium durch Natrium ersetzt wird. Die Zellspannung ist ca. um 0,3 V niedriger und auch die Energiedichten liegen mit 150–200 Wh/kg unter jener von LIB. Vorteil ist, dass die Zellen ohne Lithium, Nickel und Kobalt auskommen und daher nachhaltiger und kostengünstiger sind", benennt Springer-Vieweg-Autor Peter Hofmann in seinem Buchkapitel Energiespeicher für Hybridfahrzeuge auf Seite 354 noch einmal die wesentlichen Vorteile.