Die Anode von CATL ist die Schlüsseltechnologie

Ein deutliches Zeichen des Stands der Technik von CATL ist die Kohlenstoffanode der Akkus. Mit ihr demonstriert die Firma die Schlüsseltechnologie zur Herstellung von Natrium-Ionen-Akkus mit hoher Energiedichte. Das macht auch die Angaben zur zweiten Generation der Akkus glaubhaft. Die Anode hat mit 350mAh/g (Milliamperestunden pro Gramm) eine genauso hohe Kapazität für Natrium wie Graphitanoden in Lithium-Ionen-Akkus. Gleichzeitig verursacht die Anode offensichtlich keine hohen Natriumverluste, sonst wäre eine Energiedichte von 160 Wh/kg mit Preußisch Blau nicht erreichbar.

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Es wurde noch nie eine Kohlenstoffanode demonstriert, die diese beiden Eigenschaften direkt nach der Synthese hat. (Im September 2021 wurde allerdings ein Paper zu einem Anodenmaterial veröffentlicht, das dem Nahe kommt.) Es bildet sich auf jeder Kohlenstoffanode eine Schicht aus unlöslichen Natriumsalzen, die damit dem Akku verlorengehen. Geringe Natriumverluste können nur erreicht werden, wenn die Kohlenstoffanode vor dem Zusammenbau der Akkus teilweise mit Natrium geladen ist. Dann entsteht die Salzschicht aus dem Natrium aus der Anode, statt dem Akku verlorenzugehen. Im Labor ist das mit Handarbeit kein Problem. Aber industriell durchführbare Prozesse wurden erst in den letzten Jahren demonstriert, bei denen die Anoden in natriumversetzte Chemikalien wie Natrium-Naphtalen oder Natriumbiphenyl getaucht und anschließend abgespült werden.

Mit Natrium werden Kathoden erst durch gute Anoden möglich

Es ist auch eine wichtige Technologie für die Entwicklung der Kathoden. Es wurden bereits viele Kathodenmaterialien erzeugt, die eine Energiedichte von über 600 Wh/kg haben. Es sind Schichtoxide wie in normalen Lithium-Ionen-Akkus, in denen das Natrium zwischen den Schichten eingelagert werden kann. Ihre Energiedichte ist damit vergleichbar mit älteren Lithium-NMC-111 Kathoden. Aber anders als mit Lithium wird auf Kobalt und große Mengen Nickel verzichtet. Das Problem mit Natrium: Die Schichtoxide bleiben wegen der größeren Natriumatome bei den hohen Temperaturen im Brennofen nur stabil, wenn sie nicht mit der vollen Menge an Natrium hergestellt werden.

Bei Zimmertemperatur kann die Kathode dann problemlos die vollständige Menge Natrium aufnehmen. Aber dieses Natrium muss der Akkuzelle beim Zusammenbau hinzugefügt werden. Im Labor wird dafür eine mit Natrium geladene Anode aus einem bereits geladenen Akku ausgebaut und in den neuen Akku eingebaut. CATL erreicht das gleiche Ergebnis ohne jeden Umbau chemisch in Massenproduktion. Wahrscheinlich hat sich CATL auf die Entwicklung dieser Schlüsseltechnologie konzentriert und deshalb zunächst eine sehr einfache und billige Kathode benutzt. Der Entwicklung einer zweiten Akkugeneration mit höherer Energiedichte steht nun viel weniger im Weg.

Akkupacks mit gleichem Gewicht bei höherer Leistung als Lithium

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Die zweite Generation der Akkus soll über 200 Wh/kg erreichen. Diese werden auch ein deutlich kleineres Volumen haben, weil die Schichtoxid-Kathoden eine viel höhere Dichte als Preußisch Blau haben. Die Energiedichte der Zellen wird ungefähr vergleichbar mit älteren NMC-111 Akkus sein, bei gleichzeitig höherer Leistung und Ladegeschwindigkeit.

Schichtoxide mit Natrium sind auch wesentlich temperaturbeständiger als vergleichbare Lithiumkathoden, was auch in der zweiten Generation leichte Akkupacks möglich macht. Die Gewichtseinsparung im Akkupack macht einen Teil des höheren Gewichts der Zellen wieder wett.

Erneuerbare Energien und Klimaschutz: Hintergründe - Techniken und Planung - Ökonomie und Ökologie - Energiewende (Deutsch)

Es wird deshalb nur minimale Gewichtsunterschiede zwischen einem Auto mit heute gebräuchlichen Lithium-Akkus und einem Auto mit CATLs Natrium-Akkus der zweiten Generation geben. Gleichzeitig werden die Natrium-Akkus eine höhere Leistung und höhere Ladegeschwindigkeit bieten, schon bei Zimmertemperatur, aber um so mehr im kalten europäischen Winter. Es ist genau die Technik, die hier gebraucht wird.

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 Akkuproduktion mit viel weniger BergbauEuropa hat Natrium-Ionen-Akkus aus Ignoranz verpasst 
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GodFuture 04. Aug 2021 / Themenstart

Natriumakkus sollen die Hälfe kosten. Wo gibt es heute fertige, stationäre Lithiumakkus...

Heiner 03. Aug 2021 / Themenstart

Haha - weil sich jeder auch einen 40kWh Akku leisten kann uind Platz dafür hat...

Pferdesalami 03. Aug 2021 / Themenstart

Vielen Dank für den sehr interessanten Artikel.

Fernando-05 03. Aug 2021 / Themenstart

Ja, aber nach derLogik hättest die letzten 30 Jahre keinen Computer kaufen dürfen, weil...

tensorx 03. Aug 2021 / Themenstart

Ja, ich glaube das ist das Kernproblem der E-Auto Subventionen. Viel davon geht an...

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