Altris: Kathodenmaterial für Natrium-Ionen-Akkus kommt aus Schweden

Eine europäische Firma will vom Lithium wegkommen. Bis 2023 soll eine Pilotfabrik für Akku-Kathoden mit einer Kapazität von bis zu 1 GWh pro Jahr entstehen.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 16. Mai 2022, 14:00 Uhr

Altris will das blaue Kathodenmaterial in Europa herstellen. (Bild: Altris)

Natrium-Ionen-Akkus sollen auch in Europa hergestellt werden, nicht nur in China und Indien. Die Firma Altris baut dafür in Schweden eine Pilotfabrik für Kathodenmaterial, die eine Produktionskapazität von 1 Gigawattstunde (GWh) pro Jahr erreichen soll. Das entspricht 10 Tonnen am Tag und 2.000 Tonnen pro Jahr. Sie verwendet dafür einen selbst entwickelten Prozess. Die "Ferrum" genannte Pilotfabrik soll 2023 fertiggestellt sein und den Weg für noch größere Fabriken ebnen. Außerdem soll sie Kunden mit genug Akkumaterial für Prototypen und die Kleinserienproduktion versorgen.

Das Fennac genannte Material ist chemisch das gleiche Material, das auch der weltgrößte Akkuhersteller CATL in der ersten Generation seiner Natrium-Ionen-Akkus benutzt. Die chemische Struktur ist ein Preußisch-Blau-Analog, ähnlich dem blauem Farbstoff. Der Stoff wird aber weiß, wenn er wasserfrei und vollständig mit Natrium versetzt ist. Er heißt in dieser Form Preußisch Weiß. Der Name Fennac kommt von den Bestandteilen: Fe für Eisen, N für Stickstoff, Na für Natrium und C für Kohlenstoff. Die Produktion soll selbst bei niedrigen Lithium-Preisen 20 bis 30 Prozent billiger sein als die Herstellung von Lithiumeisenphosphat (LFP).

In der Energiedichte ist Fennac mit LFP vergleichbar. Aber Fennac nimmt wegen der niedrigeren Dichte von 2,1 g/cm³ in der Kathode mehr Volumen ein als LFP mit 3,7 g/cm³. Es hat eine Kapazität von 160 mAh/g und rund 500 Wh/kg, etwa 93 Prozent des theoretischen Maximums und genauso viel wie das Material von CATL. Altris konnte mit den entwickelten Akkuzellen im Labor 2.241 Ladezyklen demonstrieren, bis sie 20 Prozent der Kapazität nach dem ersten Ladezyklus verloren.

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Kapazität der Akkuzelle, bis die Kapazität um 20 Prozent gefallen ist.

Testzellen halten über 2.000 Ladezyklen

Die Zellen von Altris verwenden Anoden aus einem einfachen kommerziell lieferbaren harten Kohlenstoff. Dazu kommen ein selbstentwickeltes Elektrolyt auf Basis von Bor statt Fluor und ein Bindemittel aus umweltfreundlicher Zellulose. Das Kathodenmaterial macht nur einen Teil des Akkus aus. Deshalb liegt das Entwicklungsziel für die eigenen Akkuzellen von Altris laut Technikchef Tim Nordh nur bei 140 Wh/kg, auch wenn das Kathodenmaterial allein auf 500 Wh/kg kommt. Das ist vergleichbar mit den angekündigten Akkuzellen von Lifun, die aber ein anderes Kathodenmaterial aus Schichtoxiden verwenden.

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Im Akku von Altris bleiben von 160 mAh/g nur noch 130 mAh/g übrig, der Rest geht hauptsächlich in der Anode verloren.

Natürlich können Akkus mit einem Kathodenmaterial, das 500 Wh/kg liefert, auch mehr als 140 Wh/kg erreichen. CATL stellte 2021 Akkus mit dem gleichen Material und 160 Wh/kg vor. Ein wichtiger Faktor ist in den Diagrammen von Altris zu sehen. In der Testzelle liefert das Fennac-Material im ersten Ladezyklus nur 130 mAh/g statt der 160 mAh/g, die es theoretisch liefern könnte. Der Rest des Natriums bleibt hauptsächlich im Anodenmaterial hängen. Inzwischen gibt es bessere, für Natrium optimierte Kohlenstoffe mit geringeren Verlusten und höherer Kapazität.

Laut Nordh könnte auch Altris mit einem Anodenmaterial mit 350 mAh/g Kapazität, wie es CATL vorgestellt hat, 160 Wh/kg erreichen. Bislang gibt es aber in Europa noch keine Hersteller von Kohlenstoff für Natrium-Anoden. Das ist ein ernsthafter limitierender Faktor, wenn die Produktion in Europa unabhängig von asiatischen Exporteuren sein soll. Aber Altris ist nicht auf den europäischen Markt angewiesen und bereitet längst den Export des Materials vor.

Die Ferrum-Fabrik soll dabei helfen, einen eigenen Kundenstamm für die nächste Fabrik aufzubauen.