Natrium-Ionen-Batterien: Eine kostengünstige und umweltfreundliche Alternative
Die Nachfrage nach innovativen Energiespeicherlösungen wächst weltweit, während die traditionellen Lithium-Ionen-Batterien durch ihre Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen an Grenzen stoßen. Natrium-Ionen-Batterien bieten eine vielversprechende Alternative: Sie sind kostengünstig, sicher und nutzen allgemein verfügbare Rohstoffe. In einem umfassenden Projekt, das als SIB:DE FORSCHUNG bekannt ist, haben das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und zahlreiche Partner aus Wissenschaft und Industrie die Herausforderungen dieser Technologie im Blick.
Chemische Unterschiede als Herausforderung
Während Lithium und Natrium ähnliche elektrische Eigenschaften aufweisen, führen chemische Unterschiede zu Herausforderungen bei der Anwendung von Natrium-Ionen-Batterien. Diese Unterschiede beeinträchtigen unter anderem die Lebensdauer der Batterien, da sie schneller altern. Das SIB:DE FORSCHUNG-Projekt beabsichtigt, diese Probleme zu adressieren, indem es Komponenten identifiziert, die für die industrielle Massenproduktion skaliert werden können. Darüber hinaus wird die Drop-in-Fähigkeit der Technologie untersucht, um eine Integration in bestehende Produktionsprozesse der Lithium-Ionen-Technologie zu ermöglichen.
Umfangreiche Kooperation und Fördermittel
Das Konsortium, das unter der Leitung von BASF steht, umfasst sieben Industriepartner, 14 akademische Partner und 42 assoziierte Partner, was es zum größten in Deutschland auf diesem Gebiet macht. Insgesamt werden für das Projekt 14 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung bereitgestellt, wobei das KIT etwa 3,8 Millionen Euro erhält. Die Forschungsergebnisse werden im Forschungslabor BELLA (Battery and Electrochemistry Laboratory) des KIT sowie bei BASF analysiert.
Langzeitstabilität und Energiedichte
Ein zentrales Anliegen bei der Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien ist die Optimierung der Energiedichte und Langzeitstabilität der neuen Materialien. Die getesteten SIB-Aktivmaterialien sollen in der Lage sein, eine wettbewerbsfähige Zell-Performance zu bieten. Zudem sind Forschungsansätze zur Verwendung von Bioabfällen in der Batteriefertigung geplant, um die Umweltfreundlichkeit weiter zu erhöhen.
Prognosen und Marktentwicklungen
Mit einem prognostizierten Anstieg des Bedarfs an Energiespeichern von 700 Gigawattstunden im Jahr 2022 auf 4.700 Gigawattstunden bis 2030 wird der Markt für Energiespeicherung immer wichtiger. Das Projekt „Vier-Volt-Natrium-Ionen-Batterie“ (4NiB), geleitet vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), konzentriert sich ebenfalls auf die Entwicklung leistungsstarker und kosteneffizienter Natrium-Ionen-Batterien. Vor diesem Hintergrund arbeiten die Projektpartner an der Abstimmung von Anoden, Kathoden und Elektrolyten, um sicherzustellen, dass die Batterien für Elektrofahrzeuge und stationäre Speicher geeignet sind.
Im internationalen Vergleich haben Natrium-Ionen-Batterien bereits in China Einzug gehalten, und Experten betonen, dass Europa schnell nachziehen muss, um im globalen Wettbewerb nicht zurückzufallen. Natrium als Hauptbestandteil dieser Batterien ist nicht nur kostengünstig, sondern auch umweltfreundlich, da es in großen Mengen aus Natriumchlorid, also Meersalz, gewonnen wird. Zudem enthalten die Schlüsselmaterialien der Natrium-Ionen-Batterien kein Kobalt, Nickel oder Lithium, was die ökologische Fußabdruck verringert.
Mit intelligenten Strategien zur Vorladung und der Verwendung von hochspannungsstabilen Mischphosphaten zielt die Forschung darauf ab, die Leistungsfähigkeit dieser nachhaltigen Technologie weiter zu verbessern. Der Fokus auf sichere, kostengünstige und umweltfreundliche Energiespeicher macht Natrium-Ionen-Batterien zu einer interessanten Option für die Energiespeicherung der Zukunft.
Der Höhepunkt dieser Bemühungen wird die Entwicklung einer Hochleistungszelle im Pouch-Format mit über 200 Wattstunden pro Kilogramm spezifischer Energie sein, die nicht nur ökologisch verantwortungsvoll, sondern auch kommerziell tragfähig ist.
Für weitere Informationen zu diesem Thema besuchen Sie bitte KIT, Fraunhofer und Energiezukunft.