Vom Duell zweier Batterie-Rohstoffe: Kann Natrium dem übermächtigen Lithium Paroli bieten?
In den vergangenen Jahren hat sich die Lithium-Ionen-Batterie zur bevorzugten Technologie für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen und Geräten entwickelt, darunter Smartphones, Laptops, Elektrofahrzeuge und sogar Systemen zur Speicherung erneuerbarer Energie. Da jedoch mit dem in der breiten Öffentlichkeit weniger bekannten Natrium ein weiterer Batterie-Rohstoff existiert, der zudem reichlich vorhanden und zudem auch noch erschwinglich ist, haben Forscher das Potenzial von Natrium-Ionen-Batterien als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien ausgelotet.
Natrium-Ionen-Batterien haben mit ihren Lithium-Ionen-Pendants zwar einige chemische Eigenschaften gemein, weisen jedoch auch einige wesentliche Unterschiede auf, die ihre Anwendbarkeit einschränken. Die erste große Herausforderung besteht darin, dass Natrium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine geringere Energiedichte aufweisen, d. h. sie speichern weniger Energie pro Gewichts- oder Volumeneinheit. Daher eignen sich Natrium-Ionen-Batterien weniger gut für tragbare, mobile Geräte wie Smartphones und Laptops, wo leichte Batterien mit hoher Energiedichte erforderlich sind.
Eine weitere Einschränkung für Natrium-Ionen-Batterien besteht darin, dass sich ihre Elektroden im Laufe von Ladezyklen schneller abbauen als die von Lithium-Ionen-Batterien, was ihre Gesamtleistung und Lebensdauer reduziert. Dies bedeutet, dass Natrium-Ionen-Batterien auf lange Sicht möglicherweise nicht so kosteneffizient sind, da sie häufiger ausgetauscht werden müssen.
Die Forschung und Entwicklung im Bereich der Natrium-Ionen-Batterien und die möglichen Anwendungen
Darüber hinaus wird bei Natrium-Ionen-Batterien weniger Forschung und Entwicklung betrieben als bei Lithium-Ionen-Batterien. Demzufolge mangelt es an Wissen, wie man die Leistung dieser Batterien optimieren und gleichzeitig die Kosten senken kann. Lithium-Ionen-Batterien hingegen wurden im Laufe der Jahre ausgiebig erforscht und entwickelt, was zu Verbesserungen bei Energiedichte, Sicherheit und Kosten führte.
Trotz dieser Schwierigkeiten werden Natrium-Ionen-Batterien für spezielle Anwendungen entwickelt, beispielsweise für groß angelegte Energiespeichersysteme. Bei diesen Anwendungen spielen Gewicht und Energiedichte eine geringere Rolle, und die niedrigeren Kosten von Natrium können Natrium-Ionen-Batterien zu einer kostengünstigeren Option machen.
Ein Beispiel für eine solche besondere Anwendung ist die Zusammenarbeit zwischen der Australian National University und dem chinesischen Batteriehersteller Qingdao LiV Energy Science & Technology Co. Sie soll zur Entwicklung einer Natrium-Ionen-Batterie führen, die zur Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt werden kann. Den Prognosen zufolge wird diese Batterie sowohl eine längere Lebensdauer als auch niedrigere Kosten als Lithium-Ionen-Batterien ausweisen. Und genau das macht sie zu einer attraktiven Option für groß angelegte Energiespeichersysteme.
Ein weiteres Beispiel ist die Forschungsarbeit des zum kalifornischen Energieministerium gehörenden Lawrence Berkeley National Laboratory. Diese zielt auf die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien ab, die in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden können. Die derzeitigen Prototypen sind zwar noch nicht so leistungsfähig wie Lithium-Ionen-Batterien, dennoch sind die Wissenschaftler dieses US-amerikanischen Instituts der Meinung, dass Natrium-Ionen-Batterien bei fortdauernder Entwicklung in Zukunft eine echte Option für Elektrofahrzeuge sein könnten.
Fazit
Natrium-Ionen-Batterien weisen zwar einige potenzielle Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien auf – speziell, was ihre Verfügbarkeit und Erschwinglichkeit betrifft. Aufgrund ihrer geringeren Energiedichte und der schnelleren Abnutzung der Elektroden sind sie zugleich für viele Anwendungen nur bedingt geeignet. Mit gezielter Forschung und Entwicklung könnten Natrium-Ionen-Batterien jedoch zu einer kosteneffizienten Option für bestimmte Anwendungen werden, beispielsweise für groß angelegte Energiespeichersysteme, wo Aspekte wie Gewicht und Energiedichte nicht im Vordergrund stehen.
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