Einer aktuellen Studie der Fraunhofer FFB und der Universität Münster zufolge stehen Natrium-Ionen-Batterien an der Schwelle zur industriellen Massenproduktion. Besonders für Anwendungen mit geringeren Anforderungen an die Energiedichte bieten sie laut Experten bereits eine tragfähige und nachhaltige Alternative. Erwartete Materialoptimierungen könnten dazu führen, dass Natrium-Ionen-Batterien in den kommenden Jahren auch in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen.
Natrium-Ionen-Batterien gelten als umweltfreundlich, jedoch häufig auch als leistungsschwach. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese pauschale Bewertung zu kurz greift“, fasst Studienautor Philipp Voß, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fraunhofer FFB, zusammen. Die Technologie sei vielfältiger als bislang angenommen. „Je nach Zellchemie unterscheiden sich die Energiedichte und die Klimabilanz zum Teil erheblich.“ Die Studie belege erstmals diese Differenzierung durch eine Modellierung auf Basis industrieller Produktionsdaten im Maßstab von Gigafabriken mit Fokus auf die Energiedichte und den CO₂-Fußabdruck.
Batterietechnologien der nächsten Generation spielen eine Schlüsselrolle für die Energie- und Mobilitätswende. Natrium-Ionen-Batterien gelten als vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Technologien, vor allem aufgrund besserer Verfügbarkeit der Rohstoffe und potenziell geringeren Umweltwirkungen. In der Studie wurden ausschließlich Zellchemien und Materialien untersucht, die gegenwärtig von kommerziellen Herstellern verfolgt und weiterentwickelt werden.
Bereits konkurrenzfähige CO2-Bilanz
Die Studienergebnisse zeigen: Aktuell speichern Natrium-Ionen-Batterien noch weniger Energie als Lithium-Ionen-Batterien auf Basis von Lithium-Eisenphosphat, insbesondere bezogen auf das Volumen. Den Studienautoren zufolge lässt sich dieser Rückstand durch gezielte Materialoptimierung reduzieren und bei einzelnen Zellchemien sogar vollständig ausgleichen. „Zellen mit Schichtoxid-Kathoden zählen zu den vielversprechendsten Kandidaten unter den Natrium-Ionen-Batterien. Sie erzielen die höchsten Energiedichten unter den untersuchten Zelltypen“, erklärt Voß.
Auch beim CO₂-Fußabdruck schneiden viele Natrium-Ionen Zellchemien laut der Studie bereits gut ab. Besonders die Verwendung von Hartkohlenstoff („Hard Carbon“) als Anodenmaterial zeige Vorteile. Im Vergleich zum in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten synthetischen Graphit, dessen Herstellung besonders energieintensiv ist, lässt sich Hard Carbon deutlich klimafreundlicher produzieren. „Der geringe Energieverbrauch bei der Herstellung von Hard Carbon senkt nicht nur die Emissionen, sondern auch die Kosten für das Anodenmaterial – ein entscheidender Vorteil gegenüber der Lithium-Ionen Technologie“, erläutert Simon Lux, Institutsleitung der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB.
Allerdings zeigt sich bei der Energiedichte eine Schwäche: Während Batteriezellhersteller auf der Kathodenseite unterschiedliche Materialien einsetzen, ist Hard Carbon das dominierende Anodenmaterial. Dieses hat aktuell eine deutlich geringere spezifische Energie als das Graphit in der klassischen Lithium-Ionen-Batterie. Jedoch bietet Hard Carbon noch Spielraum für Leistungssteigerungen. Laut der Studie könnten gezielte Materialverbesserungen die Energiedichte erhöhen und Emissionen um bis zu elf Prozent senken. „Hard Carbon ist heute noch der Engpass bei der Energiedichte“, so Lux. „Aber das Entwicklungspotenzial ist groß. Mit gezielten Optimierungen lässt sich die Lücke zu Lithium-Eisen-Phosphat in absehbarer Zeit schließen.“
Schon jetzt drängen Natrium-Ionen-Batterien auf den Batteriemarkt und mehrere Unternehmen verfolgen Pläne für eine Produktion im „Gigafactory“-Maßstab. Die „Drop-In-Technologie“ in bestehende Fertigungslinien für Lithium-Ionen-Batterien senkt den Fraunhofer-Forschern zufolge die Markteintrittsbarrieren erheblich und beschleunigt die Produktionssteigerung. „Mit Natrium-Ionen-Batterien haben wir die Chance, uns geostrategisch unabhängig von Ländern wie China zu machen“, betont Lux. »Um dieses Potenzial zu heben, ist eine gezielte Förderung von Forschung und Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien unerlässlich.“
brainDotExe meint
Für stationäre Speicher sicher eine Alternative. Dort kommt es knallhart lediglich auf Preis/Leistung an.
Beim E-Auto, besonders den gehobenen Modellen, kommt es nicht an die Energiedichte von NMC und zukünftig (Semi-)Solid State heran.
Wasco meint
Natrium ist die Zukunft!
Juhu.
Futureman meint
Für manche ist es das Salz in der Suppe.
NeutralMatters meint
Bitte aber nur als NaCl in die Suppe geben, nie als Reinstoff, sonst wird’s heiß.
South meint
Ja, das könnte tatsächlich auf Dauer das Ruder ganz schön rumreissen. Natürlich gibts hier auf der Seite einen engen Fokus auf E Autos, aber denkt mal z.B. an Pufferspeicher, da hat das riesiges Potential….
Was die „ich bin gegen alles Neues“ Schwurbler immer ausblenden, die Accutechnik ist noch in den Anfängen. Obwohl sogar die aktuelle Accutechnik dem Verbrenner den Gar ausmachen würde, spätestens die kommende Generation kil lt den Verbrenner in kürzester Zeit…
Donald meint
Da hast du aber dein ganzes Fachwissen zusammengekratzt und ungefragt abgeliefert 👏
Steffen meint
Ich lese seine/ihre konstruktiven Beiträge sehr viel lieber als deine destruktiven sinnfreien Ergüsse.
Envision meint
Das Ding ist für mich die große mittelfristige Hoffnung – günstig, langlebig, ungefährlich, das sind Gamechanger.
Zumindest in Deutschland ideal um über die Überschüsse von Solar und Wind – im großen Stil -sinnvoll zumindest in die Abendstunden/Nacht zu retten und so den fossilen Verbrauch zu reduzieren, den unabhängig vom Klimawandel steht dort z.B. in 20 Jahren nur noch wenig der heutigen Kapa – für dann vermutlich hohen Preis – zur Verfügung, Öl dann z.B, weitgehend erschöpft (bei zur Zeit immer noch unfassbaren 103 Mio Barrel pro Tag! Weltverbrauch ,,,)
CJuser meint
Festkörper ersetzt langfristig NMC, LFP schon jetzt herstellerabhängig NMC und Natrium-Ionen langfristig LFP. Eine schöne Entwicklung, wo noch viel Bewegung drin ist.
Jensen meint
Gut, dass weltweit an allen möglichen Zellchemien und Materialkombinationen geforscht wird. Und wo Forschung ist, ist natürlich auch der Wunsch nach Förderung(en) nicht weit.
Wäre also auch diese „Technik“ vor sowas wie einem Markteintritt, hätte es die Welt längst mitbekommen und die großen Produzenten wären da aktiv. Zumal man sich kaum vorstellen kann, dass die Chinesen das Thema übersehen haben könnten.
E.Korsar meint
Ähm…
CATL: Der weltweit größte Batteriehersteller hat bereits seine zweite Generation von Natrium-Ionen-Batterien angekündigt und plant die Massenproduktion. Im April 2025 hat CATL die „erste massenproduzierte Natrium-Ionen-Batterie für Elektrofahrzeuge“ vorgestellt, die in der Lage sein soll, eine Reichweite von bis zu 500 km zu ermöglichen.
BYD: Ein weiterer großer chinesischer Hersteller hat ebenfalls Fortschritte gemacht und eine Fabrik für Natrium-Ionen-Batterien mit einer Kapazität von 30 GWh in Bau.
JAC und JMEV: Erste Elektroautos mit Natrium-Ionen-Batterien wurden bereits Ende 2023 von chinesischen Herstellern wie JAC und JMEV in Serie gebracht.
M. meint
Das eine sind die Ankündigungen, was bald kommen soll, das andere eine Schubkarre mit Dach.
Das wird man beides auch beim Fraunhofer gesehen haben.
In ernstzunehmenden Autos ist nichts in Serie.
Futureman meint
Denen ist schon klar, dass in China schon längst im Gigawatt solche Speicher gebaut und betrieben werden? Während hier noch geforscht wird, wird dort schon verkauft.
Rene meint
Warum so negativ? – Gut Ding braucht Weil …
Futureman meint
Sehe das eher positiv im Sinne der Energiewende. Damit wird „rund-um-die-Uhr“ PV-Versorgung immer einfacher und günstiger. Die ersten Projekte in China werden mit 2-3 Cent/kWh Speicherkosten gerechnet. Zusammen mit Gestehungskosten bei PV von 4-6 Cent ergibt das Stromkosten, die unter allen anderen Kraftwerksarten liegen. Damit hat sich das Thema Kohle und Gasstrom schneller erledigt als es der Wirtschaftsministerin recht ist.
M. meint
Entfernt. Bitte bleiben Sie sachlich. Danke, die Redaktion.
M. meint
Ok, da fehlen Buchstaben.
Kein Hinweis nötig.
Jeff Healey meint
Ich glaube wir haben das alle verstanden, und zumindest ich persönlich bin damit auch vollkommen einverstanden 😬
M. meint
Dass man sich wünscht, die amtierende Wirtschaftsministerin baldmöglichst absetzen zu können, bevor sie das Land ruiniert, ist unsachlich?
Ok!
Donald meint
Deutschland hat eine neue Kanzlerin verdient. Ich hätte da einen Vorschlag.
Schaue mir das vom Beckenrand an.
Jeff Healey meint
Hallo Donald,
noch einmal 16 Jahre Aussitzen, Verharren in der Vergangenheit und aktive Behinderung des Fortschritts, wie unter Frau Merkels Nicht-Führung, geben unserem Land endgültig den Rest.
Rene meint
Sorry, aber Ihren Kommentar verstehe ich nicht.
Es ist hoch erfreulich, dass sich im Markt der Natrium-Batterien viel tut – vor allem, dass wir bald mit entsprechender Industrialisierung rechnen können.
Und ja, für Europa ganz wesentlich, wenn wir uns von der Umklammerung von China lösen können – noch dazu, weil diese Technologie nachhaltig ist!
Rene meint
… Antwort auf „Sommerloch“ ..
Andre meint
Wenn man einfach nur ohne irgendwelche Zahlen/Fakten/Fristen/Termine/Kunden/Hersteller zu nennen herumlabert, dann dient es der Füllung des Sommerloches.
Nach dem Motto: „wir bleiben im Gespräch“.
Andre meint
Haben wir ein Sommerloch, was es zu füllen gilt? Scheint so…
NeutralMatters meint
Problematisch an den im Text erwähnten Aussagen finde ich, dass es stets ein Bezug zum Status Quo scheint.
Es wird über eine Angleichung zu „einzelnen LFP Zellchemien“ gesprochen, aber sind diese auch die für Traktionsbatterien genutze, wenn wir uns nur auf BEV konzentrieren?
Wir haben bei NMC Zellen die Möglichkeit, Ladefähigkeit und Energiedichte nochmals durch mit Silizium versetzte Anoden zu verbessern, was bspw. beim bereits CLA genutzt wird – und auch dort sinken die Kosten.
Will damit sagen, nur weil es bei Na-Ionen-Zellen vorangeht, stoppt es nicht anderswo.
Ebenso ist die Frage, was mit „absehbar“ gemeint wurde, denn Festkörperzellen sind auch absehbar umsetzbar, jedoch mit dem Horizont 2030.
Dennoch, wenn man den Blick von mobilen Anwendungen (wie BEV PKW) abwendet, kann Na-Ion als günstige, platz- und massenunkritische Zelle viel gutes bewirken.
Und grundsätzlich brauchen wir für Europa eine strategische Ausrichtung für alle Zelltypen, die „eine, einzige Einheitszelle“ wird es nicht geben und der Energiebedarf ist allg. hoch!