Natrium-Ionen-Speicher auf dem Weg zur industriellen Umsetzung
Die wachsende Nachfrage nach Energiespeichern für mobile und stationäre Anwendungen stellt die Industrie vor erhebliche Herausforderungen, insbesondere aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit und der steigenden Kosten von Lithium. Vor diesem Hintergrund gewinnt die Natrium-Ionen-Technologie als vielversprechende Alternative an Bedeutung.
Pilotanlage zur Herstellung von Aktivmaterialien für Natrium-Ionen-Batterien.
Foto: ZSW Ulm
Natrium ist weltweit reichlich vorhanden, kostengünstig und gilt als sicherer Rohstoff. Um die industrielle Umsetzung dieser Technologie zu beschleunigen, wurde kürzlich das Projekt „SIB:DE“ ins Leben gerufen. Ziel des vom BMBF geförderten Projekts ist es, die Natrium-Ionen-Technologie in Deutschland voranzutreiben und ihre Integration in bestehende Produktionsprozesse zu ermöglichen. Dazu arbeiten Forschungseinrichtungen und Industriepartner zusammen, um die Natrium-Ionen-Technologie zur Marktreife zu bringen. Das Konsortium umfasst das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, die Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, die Universität Bremen sowie Unternehmen aus der Industrie. Ziel ist es, die gesamte Wertschöpfungskette abzudecken – von der Materialentwicklung über die Zellproduktion bis hin zur Integration in Energiespeichersysteme. Ein besonderer Fokus liegt auf der Skalierbarkeit der Produktion, um eine industrielle Fertigung wirtschaftlich und ressourcenschonend zu ermöglichen. Zudem wird an optimierten Produktionsprozessen gearbeitet, um die Effizienz und Umweltverträglichkeit der Natrium-Ionen-Batterien weiter zu verbessern.
Lesen Sie auch: Wie lässt sich Strom speichern gegen Dunkelflauten?
Natrium-Ionen-Batterien bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Natrium ist in großen Mengen verfügbar und gleichmäßig auf der Erde verteilt, was Lieferengpässe und geopolitische Abhängigkeiten minimiert. Die Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien könnte kostengünstiger sein, da teure und seltene Materialien wie Kobalt und Nickel vermieden werden. Zudem haben Natrium-Ionen-Batterien eine geringere Neigung zur Bildung von Dendriten auf, was das Risiko von Kurzschlüssen und Bränden reduziert. Die Entsorgung und das Recycling von Natrium-Ionen-Batterien sind potenziell weniger umweltschädlich. Zudem sind sie temperaturstabiler als Lithium-Ionen-Batterien, was sie besonders für Anwendungen in extremen klimatischen Bedingungen interessant macht.
Speicherdichte und Lebensdauer von Natrium-Ionen-Batterien weiter optimieren
Trotz ihrer Vorteile gibt es auch einige Herausforderungen: Aktuell erreichen Natrium-Ionen-Batterien nicht die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien, was ihre Anwendung in Bereichen mit hohen Leistungsanforderungen einschränken könnte. Die Lebensdauer und die Anzahl der Ladezyklen müssen weiter optimiert werden, um mit bestehenden Technologien konkurrieren zu können. Die Identifizierung und Optimierung geeigneter Kathoden- und Anodenmaterialien ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Batterien. Zusätzlich besteht Forschungsbedarf in der Entwicklung neuer Elektrolyte, um die Leistungsfähigkeit und Sicherheit weiter zu erhöhen. Auch die Ladegeschwindigkeit ist derzeit noch nicht auf dem Niveau moderner Lithium-Ionen-Batterien, was insbesondere für die Anwendung in der Elektromobilität eine Herausforderung darstellt. In den letzten Jahren wurden jedoch bereits einige Fortschritte in der Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien erzielt. Zudem prognostiziert das Marktforschungsunternehmen IDTechEx, dass bis 2025 etwa 10 GWh an Natrium-Ionen-Batterien installiert sein werden.
Lesen Sie ebenfalls:Speicher gegen Dunkelflauten
Technologie für große Batteriespeicher interessant
Die Entwicklungen zeigen das Potenzial der Technologie für den Energiemarkt. Auch chinesische Unternehmen wie CATL treiben die Entwicklung und Skalierung von Natrium-Ionen-Batterien aktiv voran. Der zunehmende industrielle Fokus auf diese Technologie könnte dazu führen, dass Produktionskosten weiter sinken und die Marktdurchdringung schneller voranschreitet. Auch Start-ups und Forschungslabore weltweit sind intensiv mit der Weiterentwicklung der Natrium-Ionen-Technologie beschäftigt und arbeiten an der Steigerung der Leistungsfähigkeit und Effizienz.
Die erfolgreiche Implementierung der Natrium-Ionen-Technologie könnte einen Wechsel des Fokus weg vom Lithium in der Energiespeicherung einleiten. Wegen der Kostenvorteile und der Sicherheit eignen sich Natrium-Ionen-Batterien hervorragend für die Speicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen. Für Kurzstreckenfahrzeuge oder in Regionen mit begrenztem Zugang zu Lithium-Ressourcen könnten sie eine attraktive Alternative sein. Großflächige Batteriespeicher auf Natrium-Basis könnten zudem zur Stabilisierung von Stromnetzen beitragen und Spitzenlasten abfangen. Darüber hinaus könnten sie eine Schlüsselrolle bei der nachhaltigen Energiespeicherung in netzunabhängigen Regionen spielen, insbesondere in Entwicklungsländern, wo die Verfügbarkeit von kostengünstigen und robusten Batteriesystemen besonders wichtig ist.
Elke von Rekowski
