Infowelt-Energie
Natrium-Ionen-Akkus: Ihre Rolle für E-Autos und PV-Speicher
Zuletzt aktualisiert am 12.12.2024
Lesedauer: 3 Minuten
Natrium-Ionen-Batterien sind besonders sicher, günstig und langlebig. Deshalb gelten sie als eine vielversprechende Technologie vor allem für den Einsatz in Elektroauto-Akkus und stationären Speicherbatterien. Aufgrund der umweltfreundlicheren Rohstoffe können sie sich zu einer nachhaltigen Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus entwickeln.
Das alles erfahren Sie hier
- Alternative Batterietechnologie: Natrium-Ionen-Akkus
- Günstige Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien
- Funktionsweise der Natrium-Ionen-Batterien
- Vorteile der Natrium-Ionen-Batterie
- CO2-Bilanz von Natrium-Ionen-Batterien
- Nachteile der Natrium-Ionen-Batterien
- Stand der technischen Entwicklung
- Weitere Einsatzgebiete der Batterietechnologie
- Fazit: Vielversprechende Alternative
Alternative Batterietechnologie: Natrium-Ionen-Akkus
Elektroautos sind eine umweltschonende Alternative zu Benzin- und Dieselfahrzeugen. Für die Herstellung der Lithium-Ionen-Akkus werden jedoch umstrittene Rohstoffe wie Lithium und Kobalt benötigt. Natrium-Ionen-Akkus könnten laut Forschung eine kostengünstige und umweltfreundlichere Option sein. Wie weit ist diese technische Entwicklung?
Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien ist günstiger
Der Abbau von Lithium ist kostspielig, nicht immer umweltschonend und mit wirtschaftspolitischen Risiken verbunden. Europas Industrie ist stark von Importen abhängig, etwa aus Australien, Chile und China. Diese weltweit größten Lithium-Produzenten können die Preise für die Rohstoffe aufgrund ihrer Marktmacht diktieren, kurzfristig ihre Exporte einstellen oder in andere Länder umlenken. Darüber hinaus werden für die herkömmlichen Akkus zusätzlich Kobalt und Nickel benötigt, die ebenfalls oft unter bedenklichen Bedingungen abgebaut werden.
Natrium hingegen ist weltweit verbreitet und befindet sich zum Beispiel in Meersalz. Es kann mit geringeren Umweltauswirkungen, als es bei der Lithiumgewinnung etwa in den Salzwüsten in Chile oder im Bergbau in Australien der Fall ist, aus natürlichen Salzvorkommen abgebaut sowie aus Meerwasser oder salzhaltigem Quellwasser gewonnen werden. So ermöglicht die Natrium-Ionen-Technologie es Europas Industrie, unabhängiger von Rohstoff-Importen zu werden. Mit dieser sogenannten Drop-In-Technologie können die Hersteller von Natrium-Ionen-Batterien große Teile der Werkzeuge, der Prozesse und der Komponenten der bisher gängigen Batterieproduktion verwenden.
Eine Natrium-Ionen-Batterie funktioniert ähnlich wie eine herkömmliche Lithium-Ionen-Batterie. Wichtigster Unterschied: Nicht Lithium-Ionen speichern die Energie und geben sie bei Bedarf wieder ab, sondern Natrium-Ionen. Eine Batterie besteht aus Elektroden und dem Elektrolyt. Während des Ladevorgangs wandern Natrium-Ionen durch den Elektrolyt von der positiven Elektrode zur negativen. Hier werden die Ionen aufgenommen und gespeichert. Um Energie zu verwenden, werden die Ionen aus der negativen Elektrode freigesetzt. Sie wandern durch den Elektrolyt zur positiven Elektrode. Diese gibt bei Aufnahme der Natrium-Ionen elektrische
Energie ab.
CO2-Bilanz von Natrium-Ionen-Batterien
Bei ihrer CO2-Bilanz haben Natrium-Ionen-Batterien eine ähnliche Klimawirkung wie ihre Lithium-Ionen-Gegenstücke aufzuweisen. Denn der Großteil der CO2-Emissionen, die ein E-Auto-Akku verursacht, stammt aus den extrem energieaufwändigen Produktionsprozessen – und diese sind bei beiden Technologien sehr ähnlich. Deshalb ist die Produktion von Batterien beispielsweise in Schweden, wo ein hoher Anteil an erneuerbaren Energien im Netz herrscht, auch deutlich besser als in China, wo noch viel Kohlestrom erzeugt wird.
Natrium-Ionen-Batterien verursachen je nach Produktionsstandort zwischen 60 und 130 Kilogramm CO2-Äquivalente pro Kilowattstunde Speicherkapazität. Bei Lithium-Ionen-Batterien liegt die Spanne zwischen 50 und 120 Kilogramm CO2. Perspektivisch wird sich die CO2-Bilanz von E-Auto-Batterien, egal mit welcher Technologie, deutlich verbessern. Denn je mehr Ökostrom durchs Netz fließt, desto kleiner wird der CO2-Rucksack aus der Produktion der Akkus.
Nachteile der Natrium-Ionen-Batterie
Der große Minuspunkt von Natrium-Ionen-Batterien ist die im Vergleich zum Lithium-Akku geringe Energiedichte. Natriumbatterien arbeiten derzeit in einem Spektrum von 75 bis 165 Wattstunden pro Kilo (Wh/kg), während Lithiumbatterien bei 120 bis 160 Wh/kg liegen. Natrium-Ionen-Batterien benötigen also mehr Platz und bringen mehr Gewicht auf die Waage, um die gleiche Menge an Energie zu speichern. Anders ausgedrückt: Sie weisen bei gleichem Bauraum weniger Speicherkapazität auf.
Ein weiterer Nachteil ist, dass der Batteriemarkt von Lithium beherrscht wird und sowohl Elektroautos als auch andere moderne aufladbare Geräte Lithium-Akkus verwenden. Der Umstieg auf weniger erforschte Technologien stellt für Hersteller und Anwender oftmals eine Herausforderung dar.
Deutschland
In Deutschland haben sich schon mehrere Projekte und Start-ups in Position gebracht, um von einem möglichen Boom bei Natrium-Batterien profitieren zu können: Das 2023 am Karlsruher Insitut für Technologie (KIT) gegründete Start-up Litona will den europäischen Markt mit einem „Preußisch Weiß" genannten Batterierohstoff versorgen, der neben Natrium auch aus Eisen und Mangan besteht. Im Projekt ENTISE („Entwicklung der Natrium-Ionen-Technologie für Industriell Skalierbare Energiespeicher") unter Koordination des deutschen Batterieherstellers Varta arbeiten 15 Unternehmen daran, eine möglichst leistungsstarke, kostengünstige und umweltfreundliche Zellchemie für Natrium-Ionen-Batterien zu entwickeln. Das Gleiche geschieht in dem von der Uni Würzburg koordinierten Verbundprojekt NaKlaR.
China
China ist schon ein paar Schritte weiter: Erste Kleinwagenmodelle mit Natrium-Ionen-Batterien sind in China bereits in Produktion gegangen, sie sind mit den Natriumbatterien der heimischen Hersteller bestückt. Die Batterie des Herstellers HiNa arbeitet derzeit mit 140 bis 155 Wh/kg, die Batterie von CATL mit einer Energiedichte von bis zu 160 Wh/kg. Für die zweite Generation seiner Natriumbatterie stellt CATL bereits 200 Wh/kg in Aussicht. Der Akku von HiNa wird von JAC (Anhui Jianghuai Automobile) im Elektroauto Yiwei E10X eingesetzt, das eine Reichweite von 252 Kilometern aufweist. Der Kleinwagen kostet in China umgerechnet nur knapp 12.000 €. Die Batterie kann in 20 Minuten von zehn auf 80 % aufgeladen werden und hat eine Kapazität von 25 Kilowattstunden. Der Mutterkonzern, die JAC Automobile Group, startete 2017 ein Joint Venture mit Volkswagen – seit 2020 hält der deutsche Autobauer 75 % der Anteile.
Europa
Der chinesische Hersteller BYD stellte im April 2023 auf der Shanghai Auto Show den „Seagull“ vor. Das Stadtauto mit Natrium-Ionen-Batterie verfügt über einen Energiespeicher von 30 kWh und eine Reichweite von rund 300 Kilometern. Das Fahrzeug soll im Laufe des Jahres 2025 auch in Europa erhältlich sein. Der Preis wird allerdings höher ausfallen als der des chinesischen Modells, das umgerechnet nur etwa 9.000 € kostet, da Anpassungen erforderlich sind, um die europäischen Anforderungen zu erfüllen. Außerdem erhebt die EU hohe Einfuhrzölle auf E-Autos aus China. So soll der „Seagull“ voraussichtlich bei einem Kaufpreis um die 20.000 € liegen.
Weitere Einsatzgebiete der Batterietechnologie
Natrium-Ionen-Akkus können ideal als Speicher eingesetzt werden, wenn Energiedichte sowie Größe und Gewicht nur eine untergeordnete Rolle spielen, zum Beispiel im Bereich Sonnen- und Windenergie. Hier reichen die Einsatzmöglichkeiten vom Kleinspeicher fürs Eigenheim bis hin zu riesigen Speichern mit mehreren Hundert Megawattstunden Kapazität.
In manchen Anwendungsbereichen wäre das hohe Gewicht des Akkus sogar von Vorteil, etwa bei elektrisch betriebenen Baggern und Kränen, die ein Kontergewicht benötigen, oder bei Walzen, die zum Teeren von Straßen verwendet werden. In Zukunft dürften Natrium-Ionen-Batterien noch in vielen weiteren Anwendungen zum Einsatz kommen und zum Gelingen der Energiewende beitragen, denn die Forschung und Entwicklung der neuartigen Technologie hat zuletzt stark an Fahrt aufgenommen.
Fazit: Vielversprechende Alternative
Die Natrium-Ionen-Batterie ist aufgrund der guten Rohstoffverfügbarkeit und ihres günstigen Preises eine vielversprechende zukünftige Alternative für den Betrieb von Elektroautos. In Großspeichern für erneuerbare Energien ist die Technologie heute schon im Einsatz. Derzeit wird die Forschung aber intensiviert, um mögliche Nachteile wie Größe, Gewicht und Energiedichte im Vergleich zu den herkömmlichen Ionen-Akkus zu reduzieren oder sogar ganz ausgleichen zu können. Insbesondere die Argumente, dass Natrium viel häufiger vorkommt als Lithium und die Herstellung von Natrium-Ionen-Akkus umweltfreundlicher und kostengünstiger sein kann, machen die Batterie zu einer Option mit viel Potenzial.
Unser Komplettangebot im Überblick:
-
Wallbox-Modelle namhafter Hersteller zum Top-Preis
-
100 % Ökostrom für Haushalt und Wallbox
-
Installation der Wallbox durch Elektrofachpartner
Das könnte Sie auch interessieren
Schnellere Ladezeiten, höhere Energiedichte, mehr Leistung: Feststoffbatterien und Sald-Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für den Durchbruch der Elektromobilität. Erfahren Sie hier mehr zur neuen Generation der Batterietechnologie und ihren Vorteilen.
Ein Doppelpass in puncto Nachhaltigkeit: Das Zusammenspiel von Photovoltaik und Ladesäule schont die Umwelt und ihren Geldbeutel. So wird Laden über die eigene PV-Anlage zum Volltreffer.