Durchbruch

CATL: Revolutionäre Natrium-Ionen-Akkus werden Problem-Rohstoffe los

Batteriefabrik von CATL. © CATL
Batteriefabrik von CATL. © CATL

Über einen ganz großen Durchbruch bei Batterietechnologie ist schon länger spekuliert worden, nun ist er offenbar da: Der chinesische Hersteller CATL (kurz für Contemporary Amperex Technology Ltd.) hat einen Durchbruch bei der Herstellung von Natrium-Ionen-Zellen verkündet (engl: sodium-ion batteries), die eine viel grünere Alternative zu den heute gängigen Lithium-Ionen-Batterien versprechen.

Schon bisher sind Natrium-Ionen-Batteriezellen bekannt und viel beforscht, galten aber immer als unterlegen, weil sie weniger Strom speichern und schwerer sind. Deswegen waren sie bislang vor allem als stationäre Stromspeicher geplant, aber nicht als Akkus für E-Autos. Doch bei CATl will man es nun geschafft haben, die Energiedichte der Natrium-Ionen-Batteriezelle bis zu 160Wh/kg zu treiben. Das ist fast so dicht wie die Lithium-Eisenphosphat-Zellen, die derzeit etwa im Tesla Model 3 zu Einsatz kommen. Weil das Kathodenmaterial der Natrium-Ionen-Zelle weniger dicht ist, könnte ein Akku aus ihnen genauso groß und schwer sein.

Und das hat ungemeine Vorteile. Denn soll Natrium-Ionen-Zelle soll in der Massenproduktion, die CATL bereits 2023, also in zwei Jahren, starten will, nur mehr auf 25 bis 35 Euro pro Kilowattstunde kommen – was sehr günstig ist. Die Performance ist für E-Autos geeignet, sollen die Akkus in 15 Minuten bei Raumtemperatur auf 80 Prozent laden und auch noch bei einer Umgebungstemperatur von -20 °C eine Kapazitätserhaltungsrate von mehr als 90 % haben – ein Feature, das angesichts der kalten Winter in den wichtigen Märkten Europa und Nordamerika entscheidend sein kann.

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Keine Problem-Rohstoffe mehr notwendig

Der Clou in ökologischer Hinsicht ist, dass CATL bei den Natrium-Ionen-Zellen auf problematische Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Nickel und Kupfer komplett verzichten kann. Die Kathoden der Batterie besteht nur aus Natrium, Mangan, Eisen, Kohlenstoff und Stickstoff, die Anode nur aus Kohlenstoff. Außerdem ist eine solche Batterie auch weniger brennbar, was ihr zusätzliche Sicherheit gerade im Straßenverkehr gibt (wir erinnern uns alle an Bilder ausgebrannter E-Autos).

„Bei den Kathodenmaterialien hat CATL preußischweißes Material mit höherer spezifischer Kapazität verwendet und die Struktur des Materials durch eine Neuanordnung der Elektronen neu gestaltet, wodurch das weltweite Problem des schnellen Kapazitätsabfalls bei Materialwechsel gelöst wurde. Als Anodenmaterial hat CATL ein Hartkohlenstoffmaterial entwickelt, das sich durch eine einzigartige poröse Struktur auszeichnet, die eine reichhaltige Speicherung und schnelle Bewegung von Natriumionen sowie eine hervorragende Zyklusleistung ermöglicht“, heißt es seitens CATL.

Liegt die Energiedichte derzeit bei der ersten Version bei 160Wh/kg, soll die zweite Generation dann bereits 200 Wh/kg schaffen – und wäre der heutigen Lithium-Ionen-Batterie deutlich überlegen. Akkupacks mit einer Energiedichte von 125 Wh/kg reichen heute für Reichweiten von mehr als 300 Kilometern. Sp wird es spannend sein, wann diese zweite Version auf den Markt kommen wird.

Zwischenschritt zum Super-Akku

Was CATL ebenfalls entgegen kommt: Die Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien ist mit den Produktionsanlagen und -verfahren für Lithium-Ionen-Batterien kompatibel ist und die Produktionslinien können schnell umgestellt werden können. Das chinesische Unternehmen ist Weltmarktführer bei Batterien und beliefert unter anderem Elektroauto-Marktführer Tesla. Da bei Lithium wegen der starken Nachfrage bereits Engpässe und steigende Marktpreise absehbar sind, könnten sich die Natrium-Ionen-Zellen als echter Coup erweisen.

Erst danach ist damit zu rechnen, dass sich Feststoffakkus, die eine doppelt so hohe Energiedichte versprechen wie herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus, durchsetzen werden. Volkswagen etwa hat in dem Bereich über eine Zusammenarbeit mit dem kritisierten Scale-up QuantumScape sehr viel Geld investiert. Tesla wiederum arbeitet an der stetigen Verbesserung der Lithium-Ionen-Batterien.

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