Woher soll die Industrie so schnell Natrium-Ionen-Akkus bekommen?

Der Chipmangel zeigt ganz klar die Konsequenzen fehlender Flexibilität. Die Verluste durch die Produktionsstillstände in der Automobilbranche werden auf über 200 Milliarden US-Dollar geschätzt. In Anbetracht dieser Erfahrungen und der absehbaren Knappheit von Lithium ist unverständlich, dass es in der Branche keine nennenswerten Investitionen in Alternativen zu Lithium-Ionen-Akkus gibt.

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Denn es gibt es keinen Grund, sich bei Natrium-Ionen-Akkus in vollständige Abhängigkeit von CATL zu begeben. Der weltgrößte Akkuhersteller hat zwar mit Hilfe einfacher Überlegungen zur Fortentwicklung des Lithium-Bergbaus und mit grundlegender Mathematik eine strategisch korrekte Entscheidung getroffen und damit nun einen Vorsprung gegenüber der Konkurrenz. Aber die Produktionstechnik von Lithium- und Natrium-Ionen-Akkus ist sehr ähnlich.

So wäre es auch in Europa möglich, in die Produktion von Natrium-Ionen-Akkus einzusteigen, und zwar schneller und umweltfreundlicher als in den Lithium-Bergbau. Wie gezeigt, muss ein Automobilhersteller keine sehr hohen Anforderungen an die Energiedichte alternativer Akkutechnologien stellen, um große Einsparungen im Lithium-Verbrauch zu erzielen.

Tiamat und Faradion haben einsetzbare Technik entwickelt

Die Technologie existiert bereits, auch in Europa. Es fehlt lediglich am Geld für die Produktion in großen Mengen. Die französische Firma Tiamat hat Hochleistungs-Natrium-Ionen-Akkus mit Vanadiumphosphat entwickelt. Die Zellen erreichen 122 Wh/kg und können in weniger als 5 Minuten von 0 auf 70 Prozent geladen werden. Die Energiedichte lässt sich noch auf wenigstens 140 Wh/kg steigern, denn sie wurden im ungünstigen 18650-Format gebaut und für besonders hohe Leistung in Verbrenner-Hybrid-Autos optimiert, nicht für hohe Energiedichte wie in reinen Elektroautos. Es müssten aber mehr als fünf Millionen Euro investiert werden, um die Massenproduktion wenigstens vorzubereiten.

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Moderne Akkupack-Konstruktionen können mit den Zellen von Tiamat zumindest 112 Wh/kg auf Packebene erreichen, 80 Prozent der Energiedichte der Zellen, was immer noch über die Hälfte der Energiedichte der besten NMC-Akkupacks ist. In Großbritannien hat Faradion Natrium-Ionen-Akkus mit 160 Wh/kg auf Zellebene entwickelt und erwartet 190 Wh/kg in der nächsten Generation. Alle demonstrierten hohe Lebensdauern und kurze Ladezeiten. Auch hier fehlen hauptsächlich Investitionen für die Skalierung der Produktion, die Zellchemie beherrscht die Firma.

Preußisch Blau ist die günstigste Alternative

CATL traf eine gute Wahl mit Preußisch Blau als Kathode, ein mit geringen Kapitalkosten herstellbarer Stoff ohne teure Rohstoffe. Faradion braucht Nickel für die Herstellung ihrer Zellen, etwa halb so viel wie in NMC, und Tiamat benötigt den Stahlveredler Vanadium. Preußisch Blau braucht nur Natrium, Eisen, Methan und Luft - wobei der Kohlenstoff des Methans im Material gebunden wird.

In Europa hat Altris bereits Erfahrung im Umgang mit Preußisch Blau und der Skalierung der Produktion gesammelt. In der eigentlichen Akkuentwicklung verzichtet die Firma aber auf Industriestandards wie fluorhaltige Elektrolyte (NaPF6) und Bindemittel (PVDF) und benutzt wässrige Verdünnungsmittel. Mit einer Umstellung auf die bekannten Industriestandards, die auch CATL benutzt, könnten die Akkuzellen von Altris deutlich mehr als nur 100 Wh/kg erreichen, die bislang demonstriert wurden.

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Dass schnelle Entwicklung von Natrium-Ionen Akkus mit Preußisch-Blau-Akkus auch mit begrenzten Mitteln möglich ist, haben die Sharp Labs gezeigt. Ohne jede Vorerfahrung mit der Technik erhielten sie ein Budget von knapp drei Millionen US-Dollar aus dem ARPA-E Programm der USA und entwickelten von 2013 bis 2016 Akkuzellen. Sie demonstrierten 130 Wh/kg Energiedichte, ausgezeichnete Zyklenfestigkeit von mehreren Tausend Zyklen und die Skalierbarkeit der Produktion über den Labormaßstab hinaus. Aber es fanden sich keine Investoren, auch nicht durch die Vermarktung durch Novasis. Wie CATL demonstriert, ist der Stand der Technik inzwischen viel weiter fortgeschritten.

Für Wunderakkus ist Geld da, zur Absicherung nicht

Derzeit agiert die Industrie allerdings so, als sei sie sehr sicher, dass trotz exponentiellen Wachstums der Branche auch in den nächsten Jahren noch genug Lithium vorhanden sein wird und keine Gefahr von weiteren Milliardenausfällen durch Produktionsstillstand besteht. Investitionen in neue Technologien gehen aber hauptsächlich in Lithium-Ionen-Festkörperakkus mit höherer Energiedichte und höherem Lithiumverbrauch pro kWh. In Quantumscape investierte VW hingegen 300 Millionen Euro, noch immer ohne nutzbares Ergebnis.

Die Hersteller sind bereit, hohe Beträge spekulativ in neue Technologien zu investieren, um Akkuzellen mit einigen Prozent mehr Energiedichte als die Konkurrenz zu erhalten und dort das Risiko eines Rückstandes zu minimieren, selbst wenn der Aufbau und die Energiedichte der entwickelten Akkuzellen verschwiegen wird.

Fast kein Geld wird aber zur Vermeidung von Wettbewerbsnachteilen investiert, um Risiken aufgrund von fehlendem Lithium für Akkuzellen zu minimieren, in dessen Folge weniger Autos, nur Autos mit kleinerer Akkukapazität oder nur Autos zu hohen Akkukosten und niedrigeren Profitmargen hergestellt werden können. Dazu kommt, dass die Natrium-Ionen-Akkus eine Reihe weiterer Vorteile haben: Von niedrigeren Kosten angefangen über höhere Leistungsdichte und besserer Leistung bei tieferen Temperaturen hin zu einer deutlich besseren Umweltbilanz.

Das Fehlen von Investitionen in lithiumfreie Akkus in Größenordnungen von zumindest einigen Hundert Millionen Euro wie in Festkörperakkus deutet entweder darauf hin, dass die Auto- und Akkuhersteller mehr über die zukünftige Produktion von Lithium wissen, als die Lithium-Förderer selbst - die aber von einer Lithiumknappheit wegen der dann sehr hohen Rohstoffpreise nur profitieren können. Oder auf eine grobe Fehleinschätzung des Risikos von Lieferengpässen in den nächsten Jahren durch die Akku- und Autohersteller. Eins hat die Chipkrise gezeigt: Wenn die Produktion schon still steht, kommen alle Investitionen zu spät.

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 Zu niedrige Energiedichte ist ein falsches Argument
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Firesign 15. Nov 2021 / Themenstart

CATL hält sich bei der Zyklenzahl bedeckt und spricht lediglich von einer "hervorragenden...

interlingueX 08. Nov 2021 / Themenstart

Meinst du das hier? https://www.boersennews.de/nachrichten/artikel/irw-news-graphene...

barni_e 08. Nov 2021 / Themenstart

Es ist die relevante Energiedichte.

Frank... 07. Nov 2021 / Themenstart

ja schon. Aber die wog 500kg und eine Energiedichte von 30 / 35Wh/kg (Akkupack...

Uberlord 07. Nov 2021 / Themenstart

Vielen Dank, sehr aufschlussreich! Ich finde die Na-Akku-Technologie extrem spannend, da...

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