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          Sodium batter ev

          Natrium-Ionen-Batterien von Northvolt Durchbruch bei Energiespeicherlösungen?

          Circular Economy Enablers

          Verfasst von: Rahul Bhushan

          Veröffentlicht: 5 December 2023

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          Wichtigste Erkenntnisse

          Die von Northvolt entwickelte Natrium-Ionen-Batterie stellt einen Durchbruch bei der Energiespeicherung dar und bietet eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien.

          Natrium-Ionen-Batterien weisen mehrere Vorteile auf, darunter erhöhte Sicherheit, Kosteneffizienz, Nachhaltigkeit und Unempfindlichkeit gegenüber kritischen Mineralpreisschwankungen.

          Trotz bestehender Herausforderungen bergen Natrium-Ionen-Batterien ein erhebliches Potential für die Lösung von Nachhaltigkeitsfragen und die Verringerung der Abhängigkeit von knappen Materialien.

          Northvolt, ein schwedisches Start-up, hat bei der Entwicklung einer Natrium-Ionen-Batteriezelle jüngst ein völlig neues Kapitel der Batterietechnologie aufgeschlagen. Die Innovation ist nicht nur ein großer technologischer Fortschritt, sondern stellt auch einen potentiellen Paradigmenwechsel in der Art und Weise dar, wie wir mit dem Thema der Energiespeicherung umgehen.

          Es hat sich herausgestellt, dass Natrium-Ionen-Batterien eine Alternative zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen darstellen. Wie Northvolt vermeldete, gelang es dem Unternehmen, eine Natrium-Ionen-Zelle mit einer ähnlichen Energiedichte wie Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP) zu entwickeln – ein bedeutender Meilenstein bei Energiespeicherlösungen.1 LFP-Zellen sind in Elektrofahrzeugen weit verbreitet, unter anderem bei den gefragten Tesla-Modellen Model 3 und Model S. Der entscheidende Vorteil von Natrium-Ionen-Zellen liegt in ihrer Zusammensetzung. Die Zellen sind frei von Lithium, Kobalt und Nickel – allesamt Metalle, die derzeit bei der Herstellung von Batterien eine zentrale Rolle spielen, aber mit Liefer- und Preisproblemen (und Probleme bezüglich ESG) behaftet sind.

          Die strategische Bedeutung dieses technologischen Durchbruchs kann vor allem angesichts der aktuellen geopolitischen und wirtschaftlichen Lage gar nicht hoch genug eingeschätzt werden. So hat sich beispielsweise die EU ernsthaft bemüht, ihre Abhängigkeit von externen Lieferanten für kritische Mineralien zu verringern. Da China einen erheblichen Teil der globalen Lieferkette für Lithium-Ionen-Batterien und die damit verbundenen kritischen Mineralien kontrolliert, ist diese europäische Initiative in Richtung Entwicklung alternativer Technologien sowohl von strategischer Bedeutung als auch von dringender Notwendigkeit.
          Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass die neuartige Batteriechemie von Northvolt eine Preußisch Weiß-Kathode nutzt – eine Kathode auf Basis der vollständig reduzierten und sodierten Form des als „Preußisch Blau“ bekannten Farbpigments.2 Durch diese Materialwahl erübrigt sich der Einsatz von Materialien wie Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit, was nicht nur eine technologische Innovation in Sachen Batteriekonstruktion und ihrer Herstellung darstellt, sondern auch ein Beitrag zu einer sichereren und thermisch widerstandsfähigeren Batterie leistet.

          Prussian White-based cathode, Prussian blue

          Wichtigste Vorteile

          Die Natrium-Ionen-Batterien von Northvolt versprechen eine ganze Reihe von Vorzügen. Sie gelten im Vergleich zu herkömmlichen Batterietechnologien als sicherer, kostengünstiger und nachhaltiger. Darüber hinaus sind sie weniger anfällig für Preisschwankungen auf dem Weltmarkt für kritische Mineralien. Die Verwendung von Materialien wie Eisen und Natrium, die reichlich vorhanden und weithin verfügbar sind, trägt mit zur Attraktivität dieser Technologie bei. Besonders gut eignen sich die Materialien für Energiespeicherlösungen unter unterschiedlichsten klimatischen Bedingungen, weshalb sie für die Anwendung in Regionen wie den Nahen Osten, Afrika und Indien geradezu ideal sind.3 Die Batterien sind sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Temperaturen leistungsfähig, was sie besonders für Gebiete mit extremen Wetterbedingungen empfehlenswert macht.

          Der von Northvolt betriebene Entwicklungsaufwand steht neben all den von ihm hervorgebrachten Vorteilen auch im Einklang mit weitergehenden Nachhaltigkeitszielen.

          Denn wenn die neue Batterietechnologie weniger auf umweltbelastende Materialien angewiesen ist, ist sie als Beitrag gegen den weltweiten Klimawandel zu werten. Mit der Ansiedlung der Produktion von Natrium-Ionen-Batterien in Europa können die Herstellungsprozesse besser kontrolliert, der Bedarf an Importen verringert und eine lokale Wirtschaft für Ressourcenströme gefördert werden.

          Der Technologiewandel unterstützt die Ziele von Initiativen wie den Europäischen Green Deal, der auf ein nachhaltigeres und unabhängigeres Europa abzielt.4 Unserer Ansicht nach befördert diese Neuerung zudem den EU-Aktionsplan für Kreislaufwirtschaft und beschleunigt den Umstieg hin zu einer stärker kreislauforientierten Wirtschaft.

          Gravierende Hürden

          Die Innovation von Northvolt ist durchaus vielversprechend, doch es gilt noch einige Herausforderungen zu bewältigen, mit denen Natrium-Ionen-Batterien konfrontiert sind – insbesondere hinsichtlich Kosten, Energiedichte und Skalierbarkeit. Eine der größten Herausforderungen für Natrium-Ionen-Batterien ist das Erreichen einer Energiedichte, die im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien wettbewerbsfähig ist. Obwohl Northvolt eine Natrium-Ionen-Zelle mit einer ähnlichen Energiedichte wie LFP-Zellen entwickelt hat, liegt sie diesbezüglich immer noch hinter den fortschrittlicheren Lithium-Ionen-Zellen zurück, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Lithium-Ionen-Batterien für Elektroautos können eine Energiedichte von 250-300 Wh (Wattstunden) pro kg erreichen, während Natrium-Ionen-Zellen derzeit einen Spitzenwert von etwa 160 Wh pro kg erreichen – ein entscheidendes Kriterium für Anwendungen, die hinsichtlich Platz und Gewicht limitiert sind.5

          Ein weiterer wichtiger Erfolgsfaktor der neuen Technologie sind die Kosten. Die Produktions- und Materialkosten für Natrium-Ionen-Batterien müssen mit denen von Lithium-Ionen-Batterien konkurrenzfähig sein, damit sie auf breiter Front eingesetzt werden können. Natrium und Eisen, die Hauptbestandteile dieser Batterien, sind zwar billiger und häufiger vorhanden als Lithium, Kobalt und Nickel, die Gesamtproduktionskosten hängen allerdings auch vom Herstellungsverfahren, dem Produktionsumfang und weiteren technologischen Verbesserungen ab. Die Behauptung von Northvolt, dass Natrium-Ionen-Batterien bei der Energiespeicherung etwa ein Viertel billiger sein könnten als Lithium-Batterien klingt zwar vielversprechend, kann sich jedoch nur bewahrheiten, wenn die neue Technologie in großem Maßstab realisiert werden kann.

          Die dritte große Herausforderung liegt in der Skalierbarkeit der neuen Technologie. Die Entwicklung einer neuen Batterietechnologie vom Labormaßstab auf das Level der Massenproduktion ist mit zahlreichen technischen, logistischen und finanziellen Hürden verbunden. Die Infrastruktur der Branche, die in erster Linie auf die Lithium-Ionen-Technologie ausgerichtet ist, muss erheblich angepasst werden, um die Produktion von Natrium-Ionen-Batterien zu ermöglichen. Northvolt ist zwar in der Lage, Produktionskapazitäten für Natrium-Ionen-Zellen aufzubauen, entscheidend jedoch ist ein Zeitplan für die Ausweitung der Produktion zur Deckung der weltweiten Nachfrage.

          Darüber hinaus muss die Leistung von Natrium-Ionen-Batterien unter realen Bedingungen über längere Zeiträume hinweg noch vollständig ausgewertet werden – ein für das Vertrauen von Verbrauchern und Industrie entscheidender Punkt.

           

          batteries

          Fazit

          Der Durchbruch von Northvolt in der Natrium-Ionen-Batterietechnologie stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung einer nachhaltigeren Energiespeicherung dar, die durch die Verwendung reichlich vorhandener, wiederverwertbarer Materialien mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft übereinstimmt. Diese Innovation verspricht Vorteile für die Umwelt, eine geringere Abhängigkeit von knappen Mineralien und unterstützt Initiativen wie den europäischen Green Deal. Allerdings müssen die Herausforderungen in Bezug auf Energiedichte, Kosteneffizienz und Skalierbarkeit angegangen werden, um das Potential voll auszuschöpfen. Die Industrie muss sich an die Natrium-Ionen-Technologie anpassen, und ihre Leistung unter realen Bedingungen muss noch gründlich bewertet werden. Letztendlich könnte die Entwicklung von Northvolt einen transformativen Wandel in der Batterietechnologie einläuten und eine nachhaltigere, effizientere und widerstandsfähigere Energiewirtschaft fördern.

          References

          1

          Financial Times, “Northvolt in new sodium-ion battery breakthrough”, November 2023. Available at: https://www.ft.com/content/826fb9bb-b27f-4c68-ad4b-a54ad74713c9

          2

          The Engineer, “Northvolt claims sodium-ion battery density of 160Wh/kg”, November 2023. Available at: https://www.theengineer.co.uk/content/news/northvolt-claims-sodium-ion-battery-density-of-160whkg/

          3

          Northvolt, “Northvolt develops state-of-the-art sodium-ion battery validated at 160 Wh/kg”, November 2023. Available at: https://northvolt.com/articles/northvolt-sodium-ion/

          4

          Consilium, “European Green Deal”, 2023. Available at: https://www.consilium.europa.eu/en/policies/green-deal/

          5

          Northvolt, “Northvolt develops state-of-the-art sodium-ion battery validated at 160 Wh/kg”, November 2023. Available at: https://northvolt.com/articles/northvolt-sodium-ion/

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