Natrium-Ionen-Akkus sind eine praxistaugliche Problemlösung

Obwohl in den letzten zehn Jahren sehr große Fortschritte in der Natrium-Ionen-Technik gemacht wurden, ist das Potenzial zur Weiterentwicklung noch immer sehr groß. Faradion hofft, noch dieses Jahr eine neue Generation von Kathoden- und Anodenmaterial vorstellen zu können, das eine Energiedichte von 190 Wh/kg oder etwa 5,3 kg/kWh erreicht.

Durch die Entwicklung von Festkörperakkus nach dem Muster von Solid Power oder Solid State Lion könnte die Energiedichte mit aktuellen Kathodenmaterialien auf 250 bis 300 Wh/kg oder weniger als 4 kg/kWh gesteigert werden. In der Forschung findet diese Entwicklung mit Natrium genauso wie mit Lithium statt, allerdings immer noch mit viel weniger kommerzieller Unterstützung. Einmal für Lithium entwickelt, könnten die gleichen Produktionsanlagen auch mit gleichartigen natriumhaltigen Materialien verwendet werden.

Aber Natrium-Ionen-Akkus demonstrieren jetzt schon für Elektroautos praxistaugliche Werte in der Lebensdauer und Energiedichte. Auch wenn eine Kilowattstunde mit Natrium-Ionen-Akkus wegen der niedrigeren Spannung und des höheren Gewichts von Natrium immer zumindest einige hundert Gramm schwerer als Lithium-Ionen-Akkus sein wird, sind letztlich beide Technologien für diese aktuell drängende Anwendung gut geeignet.

Vor allem stellen Natrium-Ionen-Akkus einen Ausweg aus dem Problem der strategischen, außenpolitischen und umweltpolitischen Relevanz von Rohstoffen in der Akkuherstellung dar. Für die Hersteller ist die Versorgungssicherheit mit Natrium jederzeit überall gewährleistet. Engpässe in der Lithiumversorgung sind in den nächsten fünf Jahren längst absehbar. Dabei verlassen sich die Akkuhersteller der Automobilindustrie auf abgeschlossene Lieferverträge. Aber wie wenig feste Lieferverträge bei Lieferengpässen wert sind, zeigt sich derzeit bei Computerchips.

Lithiumknappheit wiegt schwerer als bei anderen Rohstoffen

Nickel ist der einzige Rohstoff in den Akkus von Faradion, der in der Natur nicht in großen Mengen und hohen Konzentrationen vorkommt. Dabei ist der Nickelanteil nur halb so groß wie bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus und die Forschung zeigt, dass er durch weitere Entwicklung stark gesenkt oder ganz vermieden werden kann.

Nickel ist auch weniger kritisch als Lithium. Derzeit werden 5 Prozent der weltweiten Nickelproduktion für Akkus verwendet, aber 70 Prozent der weltweiten Lithiumproduktion. Entscheidend ist dabei, dass inzwischen auch Nickel, das sonst nur für die Stahlherstellung geeignet war, so weit raffiniert werden kann, dass es für Akkus geeignet ist. Die Verfügbarkeit von Lithium kann hingegen nur durch eine Ausweitung von Bergbauprojekten gesteigert werden, die aber nicht rechtzeitig gestartet wurden, um in den nächsten Jahren den Bedarf sicher zu decken.

Für stationäre Akkus mit einem etwas weniger hohen Anspruch an die Energiedichte ist das Rohstoffproblem gelöst. Dort kann Preußisch Blau als Kathode verwendet werden, das nur Eisen oder Mangan verwendet und mehrere tausend Ladezyklen ermöglicht, auch wenn die Akkus dann 8 bis 12 kg/kWh wiegen. In den nächsten Jahren steht aber vor allem die Versorgung der Automobilindustrie mit Akkus im Vordergrund. In der Forschung gibt es längst deutlich bessere Kathodenmaterialen ohne Nickel.

Es braucht aber ähnlich viel Forschung und Investitionen, wie sie bei Lithium-Ionen-Akkus längst üblich sind, um Natrium-Ionen-Akkus in die Massenproduktion zu bringen. Vor allem die Investitionen fehlen aber bislang, zumindest außerhalb von China.