Natrium-Ionen-Akkus - Durchbruch in der AKKU-Technik
Quelle: golem.de
veröffentlicht am 17. Juni 2020, 12:05 Uhr
Ausnahmsweise ein echter Durchbruch in der Akkutechnik
Rohstoffknappheit war das größte Hindernis der Energiewende im Straßenverkehr. Natrium-Ionen-Akkus könnten es beseitigen und - sie funktionieren!
- Natrium-Ionen-Akkus: Ausnahmsweise ein echter Durchbruch in der Akkutechnik
- Akkus: Braunkohle könnte die billigsten Anoden liefern
- Das Ende der Rohstoffknappheit bei Akkus steht bevor
Ihre Energiedichte entspricht aktuell der von Lithium-Ionen-Akkus aus dem Jahr 2000 und die Entwicklung ist noch nicht zu Ende. Es gab nicht den einen Forscher, der den Durchbruch schaffte, aber der Durchbruch ist da. Inzwischen liegen wissenschaftliche Veröffentlichungen mit vielen unterschiedlichen Prototypen dieser Technologie aus der ganzen Welt vor.
Prototypen überstehen mehr als 500 Ladezyklen
Obwohl Lithium und Natrium chemisch sehr ähnlich sind, waren Natrium-Ionen-Akkus lange wenig mehr als ein Konzept. Die Forschung konzentrierte sich seit den 1980er Jahren auf das leistungsfähigere Lithium. Erst 2012 tauchten wieder vermehrt Paper aus der angewandten Forschung mit möglichen Konzepten für brauchbare Natriumkathoden und -anoden auf. Ihre Leistung überzeugte niemanden.
Als Golem.de 2017 einen Artikel dazu veröffentlichte, schien ein praktischer Akku noch in weiter Ferne zu liegen. 50 bis 80 Ladezyklen galten damals schon als gute Leistung. Aber gerade zu dieser Zeit wurden einige der größten Probleme überwunden und 2020 ist es offensichtlich: Die Technik funktioniert.
In der Praxis wären es wohl mehr Ladezyklen, denn das vollständige Be- und Entladen des Akkus ist eine stärkere Belastung als das nur teilweise Be- und Entladen im Alltag. Eine chinesische Gruppe demonstrierte im vergangenen Jahr bereits einen anderen Akku mit etwas geringerer Kapazität, der nach 1.200 Zyklen mit 12 Minuten Schnellladung noch 70 Prozent der Kapazität behielt.
Unter diesen drei Konzepten - es gibt noch viele mehr - hat der koreanische Akku die höchste Kapazität. Er nutzt keine knappen Rohstoffe. Die Kathoden sind kobaltfrei und verwenden als Metalle nur Natrium, Mangan und Eisen, zusammen mit 10 Prozent Nickel. Außerdem ist Natrium mit Aluminium als elektrischem Anschluss kompatibel und ersetzt das bei Lithiumakkus notwendige Kupfer. Es gibt auch Akkus mit Kathoden aus Preußisch Blau, in denen als Metalle nur Natrium und Eisen vorkommen, wenn auch mit weniger Kapazität.
Das koreanische Akkukonzept sollte in seiner Form zu einem Gewicht von etwa 6,5 kg pro Kilowattstunde führen, wenn das Material in herkömmlichen 18650-Zellen verbaut wird. Das Ende der Entwicklung ist damit aber noch nicht erreicht. Aktuelle Lithium-Ionen-Akkus kommen auf knapp 4 kg/kWh. Exemplare mit 2,5 kg/kWh existieren, überstehen aber nur etwa 200 Ladezyklen. Einen großen Teil dieses Rückstandes sollten Natrium-Ionen-Akkus mit mehr Entwicklung noch wettmachen können. Natrium-Ionen-Akkus mit weniger als 5 kg/kWh gelten als absolut möglich.
Im Vergleich zu Akkus mit Lithium verlieren Akkus mit Natrium unvermeidlich etwa 10 Prozent Energiedichte durch die 0,3 Volt niedrigere Zellspannung. Noch etwas mehr Energiedichte verlieren sie dadurch, dass Natrium dreimal so schwer ist wie Lithium. Allerdings macht Lithium in aktuellen Akkus nur 3-4 Prozent des Gesamtgewichts aus. Die kleinen Unterschiede im chemischen Verhalten machen es allerdings nötig, dass die Materialien für Natrium völlig neu entwickelt werden müssen. Dort haben Lithium-Ionen-Akkus einen Vorsprung von 20 Jahren intensiver Entwicklung. Allerdings stehen für Natrium mehr mögliche chemische Verbindungen zur Verfügung, wodurch sich auch knappe Ressourcen leichter vermeiden lassen.
