Für die Zukunft der Akkus ist vorgesorgt

Es gibt Hunderte Materialien für Lithium- und Natrium-Ionen-Akkus, die bereits untersucht wurden. Die hier genannten waren nur einige Highlights. Zurzeit liegt der Fokus für kommerzielle Anwendungen von Natrium-Ionen-Akkus ganz klar bei Materialen aus Manganoxid mit einigen Beimischungen. Andere Materialien sind noch zu neu oder führen wegen der niedrigen Energiedichte zu hohen Herstellungskosten.

Bei Lithium dominieren auch in den nächsten Jahren noch Kathoden auf Nickelbasis und Lithium-Eisenphosphat, bis die lithiumreichen Kathoden für höhere Energiedichten bei niedrigerem Nickelverbrauch sorgen können. Bis dahin sollen bessere Anoden dafür sorgen, dass im Akku von der theoretischen Energiedichte der Kathode mehr übrigbleibt. Wie schon im zweiten Artikel der Serie beschrieben, wird das bei Lithium-Ionen-Akkus hauptsächlich durch Anoden mit höherem Siliziumanteil erwartet, denen schon bei der Herstellung etwas Lithium zugesetzt wird.

Auch Natrium-Anoden sind besser geworden

Bei der Forschung für Natrium-Ionen-Akkus findet derweil eine Abkehr von Anoden aus verkohlter Biomasse statt. Stattdessen wird Kohlenstoff mit vielen Poren synthetisch hergestellt, teilweise mit Zusätzen von Schwefel und anderen Stoffen. Die neuen Natrium-Anoden sind in ihrer Kapazität von 300 bis 400 mAh/g erstmals vergleichbar mit Graphitanoden von Lithium-Ionen-Akkus.

Ähnlich wie bei Siliziumanoden mit Lithium müssen in diesen Kohlenstoffanoden aber Verluste von Natrium beim ersten Ladezyklus ausgeglichen werden. Dafür wurden Zusätze wie Natriumoxalat oder Natriumperoxid für die Kathode entwickelt, die sich beim ersten Ladezyklus auflösen. Alternativ kann auch Natriumbiphenyl zur Vorbehandlung der Anode benutzt werden, was den Herstellern viele Optionen zur Optimierung gibt.

Natrium bietet viel Sicherheit, aber wenig Preisvorteil

Da der Rest eines Natrium-Ionen-Akkus praktisch identisch mit Lithium-Ionen-Akkus ist, konnte so im vergangenen Jahr die Grundlage für eine wirtschaftliche Herstellung von Natrium-Ionen-Akkus gelegt werden. Einen großen Preisvorteil werden sie wegen der derzeit niedrigen Lithium-Preise aber kaum haben.

Dennoch bringt das überall verfügbare Natrium eine absolute Sicherheit vor Versorgungsengpässen und Schutz vor Preisanstiegen mit sich. Auch der Rest der Kathode kann mit gut verfügbaren Rohstoffen hergestellt werden. Das macht die Technik umweltfreundlicher, Rohstoffpreise stabiler und besser planbar. In jedem Fall stellt die Alternative zu den Lithium-Ionen-Akkus sicher, dass Akkus in Zukunft wirklich in riesigen Mengen spottbillig hergestellt werden können. Die Technik ist dafür heute gut genug.

Zum Weiterlesen:

• Wie Lithium-Akkus noch mehr Energie speichern sollen: In der Theorie können Lithium-Ionen-Akkus mehr als dreimal so viel Energie speichern wie bislang. Wie kann es in der Praxis mehr werden?
• In Zukunft gibt es spottbillige Akkus in riesigen Mengen: In der Akkutechnik war 2020 ein fantastisches Jahr. Wie sind die Akkus so billig geworden? Und geht das so weiter?