Natrium-Ionen-Akkus: So wollen Hersteller in Asien Lithium-Batterien ausstechen
Lithium-Ionen-Batterien haben Nachteile in Bezug auf Ressourcen und Geopolitik. (Foto: asharkyu / Shutterstock)
Was auf den ersten Blick wie ein gewöhnlicher Getränkeautomat wirkt, steht symbolisch für einen technologischen Wettlauf, der in Asien mit voller Kraft läuft. Denn der Automat funktioniert als Erster seiner Art mit Natrium-Ionen-Batterien als Energiespeicher. Er sammelt Sonnenenergie, speichert sie und kann so CO₂-neutral gut gekühlte Getränke feilbieten. Anschauen lässt sich das Objekt auf der derzeit stattfindenden Weltausstellung in Osaka in Japan.
Asahi Soft Drinks, Rocket Battery Inc. und Fuji Electric haben den Automaten entwickelt, der Sonnenenergie sammelt, in Natrium-Ionen-Batterien speichert und so CO₂-neutral gut gekühlte Getränke feilbietet. Mit dieser Batteriechemie könnten die Karten im Spiel um die Energiespeicher der Zukunft noch einmal neu gemischt werden. Vorreiter Japan und China sowie andere Nationen wetteifern darum, mit preiswerten Natrium-Ionen-Batterien (SIBs) die Dominanz der Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) zu brechen, sei es in der stationären Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen oder in Akkus für Elektroautos.
Natrium-Ionen- vs. Lithium-Ionen-Batterien
Der Funktionsmechanismus ist ähnlich: Allerdings wandern bei Natrium-Ionen-Batterien Na⁺-Ionen zwischen einer Kathode und einer Anode durch einen natriumhaltigen Elektrolyten hin und her. Der entscheidende Unterschied: Natrium-Ionen sind größer als Lithium-Ionen, was andere Elektrodenmaterialien als bei LIBs erfordert.
Die neue Batteriechemie birgt viele Vorteile: Anders als Lithium ist Natrium weithin verfügbar und kann aus Meerwasser oder industriellen Abfällen gewonnen werden. Das reduziert geopolitische Versorgungsrisiken deutlich. Zudem benötigt die Produktion von Natrium-Ionen-Batterien weder Lithium noch Kobalt, wodurch umweltschädliche Bergbaupraktiken und Verarbeitungsprozesse reduziert werden.
Mehr noch: Natrium-Ionen-Akkus sind thermisch stabiler als Lithium-Ionen-Akkus. Das bedeutet nicht nur, dass sie sich weniger leicht entzünden. Zudem sind sie in einer höheren Temperaturspanne einsatzbereit.
Als Nachteil steht derzeit noch die Energiedichte aktueller SIB-Prototypen, die mit etwa 100 bis 160 Wattstunden pro Kilogramm auf Zellebene noch nicht an die Spitzenwerte von Nickel-reichen Lithium-Ionen-Zellen (200-250 Wattstunden pro Kilogramm) heranreicht, aber bereits mit Lithium-Eisenphosphat (etwa 160 Wattstunden pro Kilogramm) vergleichbar ist.
Chinas Natrium-Ionen-Offensive
Technologisch mag das Wettrennen noch nicht entschieden sein. In Japan arbeiten viele Unternehmen an der neuen Technik, darunter auch der Autohersteller Toyota. Das Unternehmen Elecom hat bereits eine Powerbank mit der neuen Batteriechemie auf den Markt gebracht. Aber während in Osaka ein einzelner Getränkeautomat für Schlagzeilen sorgt, baut China bereits im großen Maßstab die Produktion und Anwendung aus.
Die erste Phase des weltweit größten Natrium-Ionen-Batterie-Energiespeichersystems für die Zwischenspeicherung von erneuerbaren Energien ist in China bereits am Netz. Der erste 50 MW/100 MWh-Abschnitt eines Projekts in der Provinz Hubei ging bereits voriges Jahr ans Netz. Dieses Jahr folgte eine noch größere Anlage mit 200 Megawatt/400 Megawattstunden in der Provinz Yunnan, die Lithium- und Natrium-Ionen-Batterien kombiniert.
Fortschritte bei CATL und BYD
Auch die chinesischen Batterieriesen haben die Zeichen der Zeit erkannt: CATL hat mit Naxtra kürzlich eine neue Marke für seine Natrium-Ionen-Batterien eingeführt. CATL war 2021 der erste große Autobatteriehersteller, der eine Natrium-Ionen-Batterie auf den Markt brachte.
Auch CATLs Konkurrent, der weltgrößte Elektroautohersteller BYD, meldet Fortschritte bei der Kostensenkung seiner Natrium-Ionen-Batterien. Der chinesische Batteriehersteller hat Anfang dieses Jahres mit dem Bau einer 30-GWh-Fabrik für Natrium-Ionen-Batterien begonnen.
Geopolitische Batteriestrategie
Die Gründe für die beschleunigte Entwicklung dieser Technik sind ähnlich. Natürlich wittern alle Hersteller einen Markt, den sie dominieren wollen. Gleichzeitig geht es den Regierungen um die Senkung von Abhängigkeiten. Japan hofft, mit der neuen Technik nicht mehr auf Lithium-Importe aus China abhängig zu sein, das die Verarbeitung von Lithium dominiert.
Chinas Regierung wiederum investiert so stark in die neue Technologie, weil die Regierung befürchtet, durch geopolitische Konflikte von den Lithiumquellen abgeschnitten zu werden. Zwar dominiert China heute die Lieferkette, sowohl in Bezug auf die Batterieherstellung als auch auf die Lithiumraffination. Aber das Land verfügt nur über etwa sechs Prozent der weltweiten Lithiumreserven für den Abbau.
Es ist gut möglich, dass China mit seiner klassischen, durch Subventionen beschleunigten Skalierung der Technik wieder das Rennen in der neuen Technologie macht. Aber das ist noch nicht das Ende von Lithium-Ionen-Akkus und den kommenden Feststoffbatterien. Die werden wohl ihre Einsatzbereiche in Hochleistungsanwendungen behalten. Die bisherige Vormacht von Lithium dürfte allerdings Geschichte sein.
schon wieder wird eine batteriesau durchs netz getrieben
Eine detailliertere Aufstellung der Vor- und Nachteile von Li-Ion und Na-Ion Akkus als Tabelle wäre sehr augenöffnend. Warum nicht Deutschland die Führung bei Na-Ion-Akkus hat, obwohl diese an unseren Universitäten quasi mehrfach erfunden und wiederentdeckt wurden?
Schlicht und ergreifend die Interessenlage und Lobbyismus. Ein Unternehmen, das „vergoldete“ Akkus verkauft für 200 Euro pro Zelle, hat kein Interesse an einer Alternative, die 1/10 des Materialwertes beinhaltet und in absehbarer Zeit für den gleichen Umsatz 10 Mal so viele Akkus verkaufen muss. Und das ist es doch, was sich mittel-bis langfristig aus einem Produkt ergibt, bei dem in Konkurrenz die Preise immer mehr an Materialwert und Aufwand orientiert werden.
Gut 36 Jahre? ist es her mit dem ersten Uni-Na-Ion-Akku in Deutschland. Damals gab es noch kein Internet. Da hat man viel Geld für Propaganda ausgegeben gegen diese technische Konkurrenz. Na-Akku? „nicht umsetzbar“, „viel zu geringe Kapazität/Energiedichte“, „Träumerei“ etc. wurden in Zeitungen postuliert und Fake-Studien generiert und bezahlt, die zu diesem Schluss kamen. Im Internetzeitalter ist der Zug nun abgefahren, China ist sofort aufgesprungen. Und Propaganda-Erzählungen schieben es nun „den Grünen“ in die Schuhe, dass wir technologisch um viele Jahre abgehängt sind. Ich stelle einfach mal in den Raum, dass in den letzten 4 Jahren nach dem „Rezo-Video“ mit der „Zerstörung der CDU“ technologisch sehr viel passiert ist. Weil endlich mal der politische Wille entstanden ist in Richtung nachhaltige Technologien. Aber wir haben ja nun den bequemen Rückweg angetreten mit der CDU in deren alten Trott. Allerdings wird das die Tatsachen nicht ändern, dass die verschlafenen Technologien die logische Zukunft sein werden und müssen. E-Auto in der Garage, effiziente Solarzellen auf dem Dach und Natrium-Akkus im Keller sind einfach Unabhängigkeit von einem sehr teuren Petro-Abonnement, das über 100 Jahre selbstverständlich war und Konzerne zu Multimilliardenunternehmen machte, die nun überflüssig werden und seit Jahrzenhten gegen diese logisch absehbare Zukunft ankämpfen. Dabei geht es um einen diametralen Kampf zwischen Konzernen mit kurzfristigen Kapitalinteressen gegen eigentlich überlebenswichtige Nachhaltigkeit. Der Großteil unseres geliebten, stetigen Wirtschaftswachstums basiert darauf, dass die Waschmaschine nicht mehr 25 Jahre durchhält, sondern in diesem Zeitraum 5Mal gekauft und verschrottet wird.