Infowelt-Energie
Einsatz von Natrium-Ionen-Akkus in Elektroautos
Neue Technik für Elektroautos: Einsatz und Funktionsweise von Natrium-Ionen-Akkus. Wie weit ist die Entwicklung der Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie?
Zuletzt aktualisiert am 26.01.2024
Lesedauer: 3 Minuten
Natrium-Ionen-Akkus als Alternative für Elektroautos
Elektroautos gelten als umweltfreundliche Alternative zu Benzinern und Dieselfahrzeugen. Für die Herstellung der Akkus werden jedoch seltene Metalle wie Lithium und Kobalt benötigt. Natrium-Ionen-Akkus könnten laut Forschung eine kostengünstige und umweltfreundlichere Option sein. Wie weit ist die technische Entwicklung?
Funktionsweise der Natrium-Ionen-Batterien
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. Die Batterie besteht aus Elektroden und dem Elektrolyt. Während des Ladevorgangs wandern Natrium-Ionen durch den Elektrolyt von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode. 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.
So vielversprechend sind Natrium-Ionen-Batterien
Lithium ist ein seltener Rohstoff, der immer knapper wird, wodurch sich die Herstellung der Batterien verteuert. Zudem ist der Abbau kostspielig und wenig umweltschonend. Darüber hinaus werden für die herkömmlichen Akkus zusätzlich Kobalt und Nickel benötigt, die ebenfalls unter bedenklichen Bedingungen abgebaut werden. Natrium hingegen ist weltweit verbreitet und befindet sich zum Beispiel in Meersalz. Es kann aus natürlichen Salzvorkommen abgebaut, aus Meerwasser oder salzhaltigem Quellwasser gewonnen werden. Als sogenannte Drop-In-Technologie kann die Herstellung von Natrium-Ionen-Batterie große Teile der Werkzeuge, des Prozesses und der Komponenten der bisher gängigen Batterieproduktion verwenden.
Vorteile der Natrium-Ionen-Batterie
Als entscheidender Vorteil der Natrium-Ionen-Batterie gilt die ressourcenschonende und kostengünstige Produktion, die einen kommerziellen und preiswerten Verkauf möglich macht. Der Preis einer Natrium-Ionen-Batterie liegt heute schon um 40 % unter dem für eine Lithium-Ionen-Batterie. Das liegt unter anderem an der Verwendung anderer Materialien: Für die Anoden (die negativen Elektroden) kann beispielsweise günstigeres Aluminium statt Kupfer verwendet werden.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Natrium resistenter gegen Temperaturschwankungen als Lithium ist. Es ist weniger anfällig für Überhitzungen und kann auch bei Kälte noch einen Großteil der gespeicherten Energie nutzen. Natrium-Ionen-Batterien gelten darüber hinaus als langlebig, so lassen sich Umweltauswirkungen durch Produktion und Entsorgung reduzieren. Der Verzicht auf Cobalt ist ein weiterer Pluspunkt.
Nachteile der Natrium-Ionen-Batterie
Natrium-Ionen sind größer und etwa dreimal schwerer als Lithium-Ionen. Das macht auch die Akkus schwerer. Für den Einsatz in Kleingeräten oder E-Autos ist das höhere Gewicht ein Nachteil. Auch die im Vergleich zum Lithium-Akku geringere Energiedichte ist ein Minuspunkt. Natriumbatterien arbeiten derzeit in einem Spektrum von 75-165 Wh/kg während Lithiumbatterien bei 120-260 Wh/kg liegen. Natrium-Ionen-Batterien benötigen also mehr Platz, um die gleiche Menge an Energie zu speichern. Das ist für die Verwendung in Autos oder Handys ebenfalls ein Problem.
Zudem sind die Batterien nicht so leicht formbar wie die Lithium-Akkus, die für viele Geräte unterschiedlich passend gestaltet werden können. Ein Nachteil ist außerdem, 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.
Stand der technischen Entwicklung
Die aktuelle Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien im Automobilmarkt zeigt vielversprechende Fortschritte. Waren bisher die beiden chinesischen Unternehmen CATL und HiNa Battery die einzigen Anbieter auf dem Serienmarkt, meldet nun auch der schwedische Batteriehersteller Northvolt Erfolge. Das Unternehmen konnte die Energiedichte auf 160 Wattstunden pro Kilogramm steigern. Die ersten Zellen sollen 2024 zu Testzwecken an Autohersteller ausgeliefert werden. Die HiNa-Batterie arbeitet derzeit mit 140-155 Wh/kg, die Batterie von CATL mit einer Energiedichte von bis zu 160 Wh/kg.
Erste Kleinwagenmodelle mit Natrium-Ionen-Batterien sind in China bereits in Produktion gegangen. So wird HiNa von JAC (Anhui Jianghuai Automobile) unter der Elektroautomarke Yiwei eingesetzt. Der Yiwei 3 hat eine Reichweite von 252 km. Die Batterie kann in 20 Minuten von 10 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.
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 Kilowattstunden und eine Reichweite von rund 300 Kilometern. Das Fahrzeug soll im Laufe des Jahres in Europa erhältlich sein. Der Preis wird allerdings höher sein als der des chinesischen Modells, da Anpassungen erforderlich sind, um die europäischen Anforderungen zu erfüllen. So soll der „Seagull“ voraussichtlich um die 20.000 € liegen.
Andere denkbare Einsatzgebiete der Batterien-Technologie
Natrium-Ionen-Akkus können ideal als Speicher eingesetzt werden, wenn Energiedichte sowie Größe und Gewicht nur eine untergeordnete Rolle spielen, zum Beispiel als Speicher für Energie aus Sonnen- und Windkraft.
Vattenfall Fazit
Die Natrium-Ionen-Batterie ist aufgrund der immer knapper werdenden Lithium-Vorkommen eine vielversprechende zukünftige Alternative für den Antrieb von Elektroautos und schon jetzt als Großspeicher für erneuerbare Energien. In Handys oder Laptops werden die Akkus aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts vorerst eher nicht eingesetzt werden können. 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 das Argument, dass Natrium viel häufiger vorkommt als Lithium und die Herstellung von Natrium-Ionen-Akkus umweltfreundlicher und kostengünstiger vonstatten gehen kann, macht die Batterie zu einer Option mit viel Potenzial.
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