Natrium-Ionen-Akkus können noch mehr auf Lithium aufholen

Der größte Unterschied zum Lithium-Ionen-Akku ist die Kathode, wo beim Laden- und Entladen die chemischen Reaktionen zur Energiespeicherung und Rückgewinnung stattfinden. In der Kathode, der Elektrode mit dem Pluspol, befindet sich das Natrium. Es wird beim Laden durch die angelegte Spannung aus dem Material gelöst und in der Anode, beim Minuspol des Akkus, gespeichert.

Stellenmarkt
  1. Softwareentwickler (w/m/d) Java
    SSI SCHÄFER IT Solutions GmbH, Giebelstadt, Bremen
  2. Key User Einkaufssysteme & Materialdisposition (m/w/d)
    DAIKIN Manufacturing Germany GmbH, Güglingen
Detailsuche

Die Eigenschaften der Kathode bestimmen die maximal mögliche Energiedichte des Akkus. Sie besteht aus einem Schichtoxid, genau genommen aus Natrium-Nickel-Mangan-Titan-Magnesium-Oxid. Es hat mit 500 Wh/kg eine etwas niedrigere theoretische Energiedichte als kohlenstoffbeschichtetes Lithium-Eisenphosphat (LFP), aber eine höhere allgemeine Dichte, und ist dabei genauso temperaturstabil.

In der Kathode liefert das Schichtoxid dennoch eine deutlich bessere Leistung, weil es aus größeren Partikeln bestehen kann und eine insgesamt etwa doppelt so hohe Dichte hat. Eine Kathode aus LFP hat bei gleicher Kapazität mehr Volumen. Die Lücken zwischen den Partikeln müssen außerdem mit mehr Elektrolyt gefüllt werden, wodurch die Kathode insgesamt schwerer wird.

Natrium macht Akkus nicht viel schwerer als Lithium

Das teuerste Material in der Herstellung der Kathode ist Nickel. Dessen Anteil beträgt 18 Prozent oder 360 Gramm pro Kilowattstunde. Die Kosten des Nickels, rund 20 US-Dollar pro kg, werden bei den aktuellen Preisen durch das eingesparte Lithium aber fast genau aufgewogen - bei rund 700 Gramm Lithiumcarbonat pro Kilowattstunde (kWh), das für rund 14 US-Dollar pro kg gehandelt wird. Die restlichen Materialien der Kathode fallen bei den Kosten kaum ins Gewicht.

Golem Akademie
  1. Linux-Shellprogrammierung: virtueller Vier-Tage-Workshop
    04.-07.07.2022, Virtuell
  2. Advanced Python – Fortgeschrittene Programmierthemen: virtueller Drei-Tage-Workshop
    23.-25.01.2023, Virtuell
Weitere IT-Trainings

Durch den Verzicht auf Kupferfolien und billigere Elektrolyte könnten die Akkus trotz des Nickels im großen Maßstab billiger hergestellt werden als Lithium-Eisenphosphat-Akkus. Faradion schätzt den Kostenvorteil gegenüber LFP auf 30 Prozent. Die Praxis muss aber zeigen, wie groß er wirklich ist. Wegen der derzeit noch kleinen Produktionsmengen werden die Preise aber noch deutlich höher sein.

Für die vergleichsweise niedrige Energiedichte ist nicht allein das Natrium verantwortlich. Natrium-Atome sind zwar dreimal so schwer wie Lithium und liefern 0,3 Volt weniger Spannung, aber der Anteil von Lithium und Natrium ist in Akkus sehr klein. Eine Kilowattstunde benötigt nur etwa 100 bis 130 Gramm Lithium oder 400 bis 500 Gramm Natrium. Die Akkus wiegen aber insgesamt mehrere Kilogramm.

Elektromobilität: Theorie und Praxis zur Ladeinfrastruktur (de-Fachwissen)

Der Entwicklungsrückstand ist das größte Problem

Der Einfluss des Natriums auf die Energiedichte ist also sehr begrenzt. Das Natrium selbst macht die Akkuzellen von Faradion etwa 5 Prozent schwerer als mit Lithium. Umgekehrt wird ähnlich viel Gewicht durch den Ersatz von Kupfer durch leichtere Aluminiumfolien einspart. Hingegen gehen grundsätzlich rund 10 Prozent der Energiedichte wegen der niedrigeren Zellspannung verloren.

Den größten Anteil an der vergleichsweise niedrigen Energiedichte der Natrium-Ionen-Akkus hat schlicht der Entwicklungsrückstand. Während Lithium-Ionen-Akkus seit 40 Jahren intensiv weiterentwickelt werden, wurde die Entwicklung mit Natrium erst vor rund zehn Jahren wieder aufgenommen. Die größte Hürde war zunächst die Lebensdauer der Akkus. Sie lag anfangs höchstens bei einigen hundert Ladezyklen. Inzwischen ist sie mit konventionellen Lithium-Ionen-Akkus vergleichbar und liegt über 1.000.

Bis solche Werte mit den Materialien im Akku erreicht werden konnten, war vor allem viel Entwicklung im Detail notwendig.

Bitte aktivieren Sie Javascript.
Oder nutzen Sie das Golem-pur-Angebot
und lesen Golem.de
  • ohne Werbung
  • mit ausgeschaltetem Javascript
  • mit RSS-Volltext-Feed
 So funktionieren die Akkus von FaradionMan kann jedes Material schlecht aussehen lassen 
  1.  
  2. 1
  3. 2
  4. 3
  5. 4
  6. 5
  7. 6
  8.  


desaboya 26. Jun 2021

Manchen Leuten ist die eigene Zeit nichts wert und realisieren nicht, wieviel sie davon...

derdiedas 25. Jun 2021

Leseskill=Null Ein Defender = 4 Autos, da ist der Akku nur eine Teilmenge der CO2 Bilanz.

Bibi Blockwart 22. Jun 2021

Da spielen mutmasslich auch Pfadabhängigkeiten eine Rolle, wobei sich dann nicht...

Copper 22. Jun 2021

Sind sie heute im Prinzip schon. Denn Bleiakkus sind letztlich nur eins: vergleichsweise...



Aktuell auf der Startseite von Golem.de
Verkaufsstart des 9-Euro-Tickets
Was Fahrgäste wissen müssen

Das 9-Euro-Ticket für den ÖPNV ist beschlossene Sache, Verkehrsverbünde und -unternehmen sehen sich auf den Verkaufsstart in diesen Tagen gut vorbereitet. Doch es gibt viele offene Fragen.

Verkaufsstart des 9-Euro-Tickets: Was Fahrgäste wissen müssen
Artikel
  1. Richter: Chancen für künstliche Intelligenz in der Justiz
    Richter
    Chancen für künstliche Intelligenz in der Justiz

    Die deutschen Gerichte sind überlastet, Nachwuchs in ausreichender Zahl ist nicht in Sicht. Kann KI Recht sprechen und die Gerichte entlasten?

  2. Mobilität: ADAC bietet Fahradfahrern bundesweit Pannenhilfe an
    Mobilität
    ADAC bietet Fahradfahrern bundesweit Pannenhilfe an

    Ab Juni 2022 können Radfahrer, deren Gefährt kaputt ist, beim ADAC anrufen. Ein Gelber Engel repariert das Fahrrad nach Möglichkeit vor Ort.

  3. Klimakrise: Investitionen verhageln Digitalkonzernen die Klimabilanz
    Klimakrise
    Investitionen verhageln Digitalkonzernen die Klimabilanz

    Für Konzerne wie Microsoft, Alphabet oder Meta verdoppeln sich die Treibhausgasemissionen, wenn man Finanzinvestitionen berücksichtigt.

Du willst dich mit Golem.de beruflich verändern oder weiterbilden?
Zum Stellenmarkt
Zur Akademie
Zum Coaching
  • Schnäppchen, Rabatte und Top-Angebote
    Die besten Deals des Tages
    Daily Deals • Acer Predator X38S (UWQHD, 175 Hz OC) 1.499€ • MindStar (u. a. AMD Ryzen 7 5700X 268€ und PowerColor RX 6750 XT Red Devil 609€ und RX 6900 XT Red Devil Ultimate 949€) • Alternate (u. a. Cooler Master Caliber R1 159,89€) • SanDisk Portable SSD 1 TB 81€ • Motorola Moto G60s 149€ [Werbung]
    •  /