Neuer Bericht beleuchtet Innovationspotenzial von Natrium-Ionen-Batterien

Ein neuer Umfeldbericht des Fraunhofer FFB befasst sich mit Natrium-Ionen-Batterien als alternative Batterietechnologie und beleuchtet deren Innovationspotenzial. Die Forschenden untersuchen die technologischen Eigenschaften der Batterie sowie die Aktivitäten in Forschung und Industrie bezüglicher dieser Technologie – beginnend bei der Materialherstellung über die Zellproduktion bis hin zur Entstehung von Anwendermärkten. Der Umfeldbericht entstand im Rahmen des vom BMBF geförderten Gesamtvorhabens FoFeBat.

Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien (LIB) steigt rasant. Angesichts der hohen Nachfrage nach Lithium und den damit verbundenen Herausforderungen der Beschaffung, ist die Frage nach alternativen Batterietechnologien, die ohne Lithium auskommen, äußerst relevant. Auf der Suche nach Alternativen sind vor allem umfassende Aktivitäten in Forschung und Industrie in Bezug auf Natrium-Ionen-Batterien (NIB) zu erkennen. Bei diesen wird das seltene Lithium durch Natrium ersetzt, welches weltweit überall in großen Mengen vorhanden ist. Verschiedene neue und auch aus der LIB-Produktion bekannte industrielle Akteure stellen bereits Prototypen her oder sind schon in die Produktion von NIB eingestiegen. Bis zum Jahr 2030 belaufen sich nach Angaben der Zellhersteller die global angekündigten Produktionskapazitäten für NIB-Zellen auf 75 GWh.

Der neu veröffentlichte Umfeldbericht zum Innovationspotenzial von Natrium-Ionen-Batterien, der in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT, dem Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen und dem Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung ISI entstanden ist, betrachtet zunächst aktuelle Forschungsaktivitäten und damit verbundene Patente und Publikationen in Europa und weltweit. In den Fokus des Berichts rücken anschließend die Ausprägungen der Branchengruppen Rohstoffförderung und Materialentwicklung bzw. -herstellung, die Zellentwicklung und -herstellung sowie die Anwendungen und Integrationskonzepte.

Ferner beantworten die Autor:innen im Umfeldbericht zum Innovationspotenzial von Natrium-Ionen-Batterien eine Reihe von Fragen, die sich mit Blick auf das zukünftige Potenzial von NIB-Zellen stellen:

Fragen im Zusammenhang vom Innovationspotenzial von Natrium-Ionen-Batterien

Inwiefern unterscheiden sich NIB-Zellen von LIB-Zellen?

NIB-Zellen zeichnen sich durch eine gute Ressourcenverfügbarkeit, Sicherheit und Tiefentladefähigkeit aus. Mit Blick auf die Materialien ist Natrium in Deutschland nahezu unbegrenzt und damit kostengünstig verfügbar, zum Beispiel in Form von Natriumchlorid, also Kochsalz oder Natriumcarbonat (Soda). Die erhöhte Rohstoffverfügbarkeit von Natrium (im Vergleich zu Lithium) macht es so zu einem leicht zugänglichen und potenziell skalierbaren Ausgangsrohstoff für Energiespeichersysteme. Natrium verfügt allerdings nicht über eine so hohe Energiedichte wie Lithium. Das heißt, dass die NIB-Zelle weniger Energie zur Verfügung stellen kann als eine vergleichbare LIB-Zelle. Folglich versuchen Forscher:innen derzeit vor allem die Energiedichte zu erhöhen.

Welche Anwendungsfelder kommen für NIB-Zellen in Frage?

Die Bandbreite der im Umfeldbericht analysierten Marktprognosen für NIB ist sehr groß. Den technologischen Fortschritt haben maßgeblich von asiatische Unternehmen hervorgerufen. Mittelfristig betrachtet, werden die NIB nicht an die Leistungsmerkmale der LIB heranreichen. Ihre Stärke können sie jedoch insbesondere in Bezug auf stationäre Energiespeicher und zylindrische Batteriezellen ausspielen, die man für kleinere Geräte und Power Tools verwendet.

„Die bereits marktreifen Lithium-Ionen-Batterien haben eine deutlich höhere massenbezogene Energiedichte, sodass sie ein breiteres Einsatzspektrum abdecken können. Die beiden Technologien stehen jedoch keinesfalls in Konkurrenz zueinander, sondern bedienen synergistisch einen starken Wachstumsmarkt. Gerade für urbane Mobilitätslösungen und Heimspeicher können Natrium-Ionen-Batterien aufgrund ihres potenziell günstigeren Preises eine attraktive Lösung sein“, sagt Moritz Schaefer, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Materialien beim Fraunhofer FFB.

17.10.2023 | Quelle: Fraunhofer FFB | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH