Natrium-Ionen-Batterien Eine Batterie-Revolution aus China?

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Diese neuen Batterien könnten die gesamte Industrie der E-Mobilität revolutionieren. Es sind Festkörper-Batterien mit Natrium-Ionen, in denen kein Lithium mehr benötigt wird.

Ein chinesisches Forscherteam in der Hafenstadt Qingdao hat nun erstmals für den praktischen Einsatz eine Festkörper-Batterien mit Natrium-Ionen hergestellt, in denen kein Lithium mehr benötigt wird. Die Batterie wurde jetzt für eine erste Demonstration in einem Elektro-Scooter erfolgreich getestet.

Die Wissenschaftler arbeiten am „Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology“ (QIBEBT), das zur Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) gehört. Dort ist eigens für sie ein „Solid State Energy System Technology Center“ gegründet worden, das schon seit mehreren Jahren an der Verbesserung von Natrium-Ionen-Batterien arbeitet.

Neuer Batterietyp ermöglicht 70 Kilometer Reichweite

Die nun erstmals praktisch angewandte Natrium-Ionen-Batterie heißt „Nagu Nr. 1“, wobei das „Na“ für Natrium steht und das „gu“ für das chinesische Wort für Festkörper. Die nun in einem E-Scooter getestete Variante hat 60 Volt und eine Energiedichte von 160 Wattstunden per Kilogramm, was den Werten von handelsüblichen Lithium-Ionen-Batterien bereits recht nahe kommt. Sie wiegt zehn Kilogramm – auch dies vergleichbar zu üblichen Batterien in Scootern – und ermöglicht eine Reichweite von 70 Kilometern.

Weltweit wird von Forschern an der Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien gearbeitet, aber bis jetzt hatte es noch zu viele technische Hürden für eine erfolgreiche Kommerzialisierung dieser Batterien gegeben.

Die Befürworter von Natrium-Ionen-Batterien sind dennoch zuversichtlich, vor allem weil dieser Batterietyp eines der größten Probleme von Lithium-Ionen-Batterien löst. Anders als Lithium ist Natrium – ein weiches, silberweißes Alkalimetall – alles andere als rar.

Batterietyp billiger in der Herstellung

Es ist in großen Mengen in den Ozeanen und der Erdkruste verfügbar, kann durch die Elektrolyse von gewöhnlichem Salz gewonnen werden. Daher werden mit Natrium hergestellte Batterien in Zukunft billiger herzustellen sein als andere Batterietypen.

Sollten die Forscher und die derzeit jubelnden Fachmedien in China Recht behalten, so bietet die neue Batterie nicht nur für den E-Scooter-Markt neue Chancen, sondern auch für E-Autos, für Speicherbatterien sowie Hafen-, Eisenbahn- und Notfall-Akkus.

Entsprechend enthusiastisch sind in China die Reaktionen auf die Entwicklung von Nagu Nr. 1. „Natriumionen-Batterien: Löst China eine neue Revolution in der Industrie für Elektrofahrzeuge aus?“ fragt die South China Morning Post in einer Schlagzeile.

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Was in der Batterie der Zukunft steckt

„China revolutioniert das Batteriegeschäft. Es wird zum ersten Land, das Natrium-Ionen-Batterien für alle Verbraucher verfügbar macht, indem Unternehmen mit der Serienfertigung dieser Speicheroption für neue Energien beginnen, die konventionelle Lithium-Ionen-Modelle ersetzen werden,“ schreibt die Zeitung.

In einem Interview mit der chinesischen Wissenschaftszeitung Zhongguo Kexuebao sagt der Gründer des Forschungsinstituts in Qingdao, Cui Guanglei, die von seinem Team entwickelte neue Batterie habe vier Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien:

• Sei sie sicher,

• habe sie eine starke Leistung,

• eine große Reichweite und

• einen langen Lebenszyklus.

Festkörper-Batterien sind sicherer als das Lithium-Pendant

Festkörper-Batterien sind bekannt dafür, nicht so leicht Feuer fangen zu können wie Lithium-Ionen-Batterien. Testweise habe man Nägel in „Nagu Nr. 1“ eingeschlagen und die Batterie habe weder zur rauchen oder brennen begonnen, noch sei sie explodiert, sagen die Forscher.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen erlaubt die neue Natrium-Ionen-Batterie auch noch 3.000 Ladezyklen, im Vergleich zu den durchschnittlich 500 bei vergleichbaren Lithium-Ionen-Batterien. Damit sei sie „acht Jahre haltbar“, heißt es in der chinesischen Fachpresse.

Und sie erlaubt den Einsatz auch bei extremen Minustemperaturen von bis zu –30 °C. Da geben die derzeit verbauten Batterien gewöhnlich auf, oder verlieren einen großen Teil ihrer Leistung. Besonders für die Kurierfahrer im Norden Chinas, die ihre Ware fast ausschließlich auf E-Scootern ausfahren, eröffnet sich damit sofort ein großer Markt für Hersteller.

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Die erste Festkörperbatterie mit langem Lebenszyklus

Mehrere Jahre Entwicklung bis zum Batterie-Prototypen

Es war eine ganze Reihe von Innovationen, die über mehrere Jahr zur Entwicklung des erfolgreichen Prototyps beigetragen haben, sagen die Forscher am QIBEBT in Qingdao. So haben sie unter anderem ein unkonventionelles Hydrogel-Elektrolyt erfunden, das bei einem Salzgehalt von bis zu 44 Mol-% ohne Phasen-Separation auskommt, schreiben sie in einem kürzlich veröffentlichten Aufsatz in „Angewandte Chemie International Edition“.

Mehrere chinesische Firmen haben bereits mit der Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien begonnen. Der Autohersteller JAC hat vor einigen Monaten bereits den ersten Prototypen eines E-Autos mit einer Natrium-Ionen-Batterie vorgestellt. Es war das erste Auto dieser Art weltweit.

„Als ein neuer Star im Bereich der Neuen Energien, sind Natrium-Ionen-Batterien auf dem Weg zur Industrialisierung,“ sagte der Direktor des „Solid Energy System Technology Centres”, Cui Guanglei einem Reporter der chinesischen Wissenschaftszeitung.

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Europäische Batterieverordnung tritt voraussichtlich noch dieses Jahr in Kraft

* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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