Gamechanger: Natrium – Wird Lithium vom Batteriethron gestürzt?

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Die Technologie von Batterien entwickelt sich rasant weiter. Das sehen wir bei SVP auch in den täglichen Anfragen unserer Kunden zum Batteriemarkt. Nachrichten zu neuen Durchbrüchen bei Membranen oder Elektrolyten werden in immer kürzerer Reihenfolge publiziert. Wissenschaftler melden permanent neue Materialien für Kathoden und Anoden, die allesamt für mehr Reichweite, Schnelllade- und Leistungsfähigkeit aber auch für mehr Sicherheit sorgen sollen. Nur eine Konstante gab es bis jetzt: das Lithium als Batteriematerial schien gesetzt zu sein. Mit dieser Ruhe dürfte es in Kürze vorbei sein. Der Alkalimetall-Nachbar des Lithiums im Periodensystem der Elemente, das Natrium, könnte Lithium vom Thron stürzen und zum Gamechanger im Batteriemarkt werden.

Der chinesische Batteriespezialist CATL stellte im Juli die erste Generation einer selbst entwickelten Natrium-Ionen-Batterie als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien vor. Bis 2023 will man eine Lieferkette für die neue Technologie aufgebaut haben. CATL verwendet als Kathode Preußisch Blau, als Anode porösen Kohlenstoff und einen flüssigen Elektrolyten. Im Vergleich zum Lithium-Konkurrenten hat die Natrium-Ionen-Zelle eine niedrigere Energiedichte.

Die nächste Generation soll aber eine Energiedichte von 200 Wh/kg erreichen, was der durchschnittlichen Energiedichte von Lithium-Ionen-Zellen schon sehr nahe kommt. Die große Aufmerksamkeit jedoch verdankt die neue Natrium-Ionen-Zelle ihrem Preis. Die Herstellungskosten von Lithium-Ionen-Zellen sind in den letzten zehn Jahren bereits um rund 90 Prozent zurückgegangen. Musste man 2012 noch rund 600 US-Dollar pro Kilowattstunde für eine Lithium-Ionen-Zelle ausgeben, so lagen die Herstellungskosten 2020 nur noch bei rund 100 US-Dollar pro Kilowattstunde. Für 2023 werden Preise von 80 US-Dollar pro Kilowattstunde prognostiziert. Und es geht noch günstiger.

Die Herstellungskosten von Natrium-Ionen-Zellen werden 2023 auf rund 30-50 US-Dollar pro Kilowattstunde geschätzt. Ein weiterer wichtiger Vorteil der Natrium-Ionen-Zelle ist, dass man sie auf den Anlagen in den bereits bestehenden Gigafactories herstellen kann, was bei der Festkörperbatterie, ein weiterer Kandidat für die zukünftige Superbatterie, nicht möglich wäre.

Weitere Vorteile der Natrium-Ionen-Zellen sind die Langlebigkeit, Sicherheit, der Einsatz unproblematischer Rohstoffe, wenig empfindlich gegenüber tieferen Temperaturen und eine hohe Leistungsdichte (entscheidend für die Schnellladefähigkeit eines E-Autos). Gelänge eine Kommerzialisierung der Natrium-Ionen-Zelle, würde man auch die Rohstoffknappheit im Batteriemarkt lösen können. Natrium ist eines der häufigsten Elemente. Der Rohstoff ist geografisch gut verteilt und leicht abbaubar. Auch kommt die neue Batterie ganz ohne die knappen Rohstoffe Nickel und Kobalt aus.

Früher galten Natrium-Ionen-Zellen als zu schwach und zu groß für Autos. Das Problem scheint, laut CATL, gelöst zu sein. Die Batterie ist das mit Abstand teuerste Bauteil in einem Auto. Die Batteriekosten könnten mit der Natriumzelle von aktuell 4.000 bis 10.000 EUR auf dann unter 2.000 EUR fallen. In Stromnetzen würden sie teurere Batterien verdrängen und als Großspeicher auch dem Wasserstoff Wettbewerb machen.

Die Karten im Batteriemarkt werden völlig neu gemischt. SVP wird das für Sie aufmerksam beobachten.

Autor: Dr. Volkhard Francke, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quelle: Technology Review 07/2021, WirtschaftsWoche 09/2021, Auto Motor Sport 09/2021, Electrive.net 07/2021