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Klima und Wandel

Der Aufstieg des Natrium-Ionen-Akkus

Dominik LennéDienstag, 28.05.2024

Ich möchte zwischen all den Hiobsbotschaften, die den Pessimismus nähren könnten, eine Hoffnungsgeschichte einschieben, nämlich das Aufkommen einer neuen Batterietechnologie, die für die Energiewende vieles einfacher machen dürfte. 

Das Video gibt einen faktenreichen Überblick über die damit verbundene Industrie - für interessierte Menschen möchte ich aber unbedingt auch dieses Video meines Lieblings-Energie-Vloggers Dave Borlace empfehlen, das etwas jünger ist und noch mehr technologische Details liefert. 

Lithium-Ionen-Akkus sind beinahe zum Synonym für elektrische Energiespeicher geworden. Lithium ist leicht und es lassen sich damit Akkus mit hoher Energiedichte herstellen, aber es hat auch Nachteile:

  • Die Akkus können nicht völlig entladen werden.
  • Beim Betrieb entsteht so viel Wärme, dass man für größere Akkus ein Kühlsystem braucht.
  • Li-Akkus können in Flammen aufgehen - auch wenn sie das selten tun.
  • Es gibt zwar genügend bekannte Vorräte auf der Erde, diese sind aber in nur drei Ländern konzentriert (Australien, China, Chile), was kritisch für die Liefersicherheit ist.
  • Es könnte auch billiger sein. 
  • Die nötigen Graphitelektroden werden fast alle in China hergestellt.
  • Sie verwenden oft noch Kobalt, was eine schlechte Presse hat. Warum die bigott ist können interessierte Menschen hier nachlesen - die negativen Assoziationen existieren aber dennoch. 

Auftritt Natrium-Ionen-Akku.

Natrium ist wie Lithium in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems, d.h. ein Alkalimetall - es verhält sich chemisch sehr ähnlich wie Lithium, mit einem leicht ablösbaren einzelnen Außenelektron, nur dass das Atom größer und schwerer ist. 

Es bringt auf der Plus-Seite mit:

  • Es ist praktisch überall verfügbar - Lieferengpässe sind undenkbar.
  • Dies hat auch zur Folge dass es billiger ist als Lithium. Zusammen mit billigeren Elektrodenmaterialien bedeutet das einen Kostenvorteil.
  • Der Speicherwirkungsgrad von Lithiumakkus ist bereits hoch - aber der der Natrium-Kollegen noch etwas höher.
  • Es entsteht weniger Wärme beim Be- und Entladen.
  • Die erreichbare Stromstärke ist höher. 
  • Sie halten mehr Lade-Entladezyklen aus.
  • Die chemische Ähnlichkeit bedeutet, dass Know-How und Fabriken der Lithium- als Basis für die Natriumtechnologie dienen können.

Natrium-Akkus sind zwar pro kWh schwerer - aber für alle Anwendungen, bei denen es nicht so auf das Gewicht ankommt, sind sie die bessere Wahl:

  • Stromspeicher im Netz, um etwa Energieüberfluss tagsüber aufzunehmen und abends wieder abzugeben. Dieses wird bereits im großen Maßstab in Kalifornien - noch mit Lithium-Akkus - durchgeführt. Bei uns kaufen viele Häuslebesitzer, die sich Photovoltaik auf's Dach schrauben, gleich eine dicke Batterie dazu. Dort wird man zukünftig mehr und mehr Natrium-Akkus sehen.
  • Unterbrechungsfreie Stromversorgungen für Datencenter, Krankenhäuser und Ähnliches. 
  • Industrielle Fahrzeuge wie Gabelstapler, Gepäcktransportfahrzeuge auf Flughäfen.
  • Autobahn-Ladestationen können hohe Ladeströme, die zu Spitzenzeiten anfallen, teilweise aus Akkustationen bedienen und so mit einer schwächeren Anschlussleistung zurechtkommen.
  • Stromtransfer zwischen Regionen mit schlechter Verbindung kann durch Akkustationen gleichmäßiger gemacht werden. Auf der Empfängerseite können Lastspitzen und auf der Erzeugerseite Erzeugungsspitzen abgefangen werden. 
  • Schließlich auch Autos für Käufer, die für einen besonders günstigen Preis weniger Reichweite in Kauf nehmen.
  • Mit der zu erwartenden Verbesserung der Kapazität sind auch Anwendungen wie Batterie-Züge für nichtelektrifizierte Strecken und LKWs im Gespräch.  

Der chinesische Akku-Gigant CATL hat als erste Firma die neue Technologie auf den Markt gebracht und die meisten Hersteller sitzen ebenfalls in China. Das heißt aber nicht, dass dem Westen auch diesmal wieder alle Felle davon geschwommen sind. Die amerikanische Firma Natron Energy hat eine eigene Elektrodenchemie entwickelt, die verschiedene Vorteile hat und ist im Begriff, die Produktion stark auszuweiten. Auch die schwedische Firma Northvolt, die kürzlich spektakulär den Bau einer Akku-"Gigafactory" in Heide in Schleswig-Holstein begann, stellt Natrium-Akkus her. (Ich konnte allerdings nicht in Erfahrung bringen, ob man diese auch in Deutschland bauen wird.) Und das sind keineswegs alle westlichen Firmen. 

Bei deutschen Firmen sieht es allerdings sehr dünn aus. Der Batteriehersteller VARTA möchte verständlicherweise einen Fuß in diese Tür bekommen und hat kürzlich das Forschungsprojekt ENTISE gestartet. In dessen Ankündigung es um "Labormuster" und "Prototypen" geht, während anderswo auf der Welt zwanzig Großfabriken im Entstehen sind.





Der Aufstieg des Natrium-Ionen-Akkus

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Kommentare 1
  1. Tobias Claren
    Tobias Claren · vor 5 Monaten

    Gibt es schon brauchbare Akkus zu den angekündigt günstigeren Preisen zu kaufen?
    Z.B. um damit ein Pedelec anzutreiben.
    Gerade ein Dreirad hätte Platz und Stabilität für etwas mehr Volumen.
    Ich las nur von kaufbaren 18650-Rundzellen.
    Besser wären da diese großen rechteckigen Einzelzellen-"Scheiben" zum kombinieren.
    Auch was die Endspannung angeht.
    Z.B. 42V für 36V-Pedelecs.

    Auch interessant wäre ein XYZ-Aufbau damit.
    Dafür müsste es aber Public-Domain-XYZ-Baupläne geben.
    Oder wenigstens jemand der/die anhand von XYZ-Cargo-Fahrzeugen den Aufbau auflistet.
    Die Dinger bestehen ja nur aus Standard-Alu-Profilen, und die Elektrik vermutlich aus auf Alibaba etc. erhältlichen Teilen.
    Einmal alle Teile abmessen, Bauplan und/oder Video zum Zusammenbau, und fertig.
    Was würde wohl so ein 2-Euro-Paletten-"Cargo-Truck" im Selbstbau, also zu reinen Materialkosten kosten...
    Die max. Maße von 141cm x 125cm (Breite) passen allerdings nicht zu 2 Europaletten.
    Und für die auch angegebene Camping-Aufbau-Möglichkeit wären eher 240cm (2x Europaletten-Länge) Länge (und rechtlich bis 2,55m Breite) richtig.

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