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    Batterie der Zukunft: Natrium-Ionen als Lithium-Alternative

    Umweltfreundliche Batterie:Kommt die Natrium-Ionen-Revolution?

    Mark Hugo
    von Mark Hugo
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    Weg von kritischen Rohstoffen, hin zur günstigen, grünen Batterie-Alternative: Der Natrium-Ionen-Batterie wird viel zugetraut. Doch noch ist sie nicht reif für den Markt.

    Forschung an Natrium-Ionen-Batterien
    Natrium-Ionen-Batterien haben schon wegen der verwendeten Materialien Vorteile gegenüber Lithium-Ionen-Batterien.
    Quelle: Fraunhofer ISE
    Lithium-Ionen-Batterien sind robust, zuverlässig und langlebig und deshalb in E-Autos, in Handys und als Speicher die erste Wahl. Bis auf Weiteres jedenfalls. Denn sie haben auch Nachteile: Für die Produktion werden so genannte "kritische" Rohstoffe wie Lithium, Kobalt, Graphit oder Nickel gebraucht, deren Abbau oft unter umweltschädlichen und sozial fragwürdigen Bedingungen passiert.
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    Längst fällt der Blick von Herstellern und Forschenden deshalb auf eine mögliche Alternative: die Natrium-Ionen-Batterie. Die hat allein schon wegen der verwendeten Materialien entscheidende Vorteile. Elektrodenbestandteile wie Natrium oder Eisen seien generell besser verfügbar, erklärt Dr. Oliver Fitz vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Natrium zum Beispiel kann fast überall auf der Welt im Bergbau oder aus Meerwasser gewonnen werden.

    Mehrere Becken mit unterschiedlich stark gelbem Wasser.
    Quelle: Alvarado, Ivan / reuters
    Die Nachfrage nach Batterien in Autos und Geräten oder als Speicher steigt weltweit rapide. Ein Problem dabei sind die so genannten "kritischen Rohstoffe", die bei der Herstellung verwendet werden. Das sind Materialien, die einerseits wichtig sind, bei denen aber die Versorgung nicht gesichert ist, etwa wegen geopolitischer Krisen und der Abhängigkeit von den Produktions-Ländern. Lithium und Kobalt gehören etwa dazu. In beiden Fällen schädigt der Abbau in der Regel zudem die Umwelt. Oft findet er, so wie in Afrika, unter unfairen Umständen statt.

    Kaffeesatz als Batterie-Material

    Als Aktivmaterial - also das Material, in dem der Strom gespeichert wird - nutzt die Batterie so genannte Hard Carbons. "Man kann das mit 'Hartkohlenstoffe' übersetzen", so Fitz. "Und die stellen wir tatsächlich auch aus biogenen Abfallstoffen her, also zum Beispiel Kaffeesatz, Erdnussschalen oder Holzspänen." Für alle Materialien in der Batterie gilt:

    Diese Rohstoffe sind in großer Menge verfügbar, ungiftig und kostengünstig.

    Prof. Maximilian Fichtner, Direktor Helmholtz Institute Ulm (HIU)

    "Wir haben damit die Chance, uns geostrategisch unabhängig von Ländern wie China zu machen", glaubt Prof. Maximilian Fichtner vom Helmholtz Institute Ulm (HIU). Eine reine "Made-in-Europe"-Batterie sei möglich, meint Fitz. Noch dazu eine, die günstiger wäre als Lithium-Ionen-Batterien und nebenbei schneller be- und entladen werden kann.
    Lithium-Ionen-Batterie CC
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    Speicherkapazität bleibt ein Problem

    Soweit spricht also alles für die kurz bevorstehende Natrium-Ionen-Revolution auf dem Batteriemarkt. Noch allerdings gibt es für die Forschenden viel Arbeit. Denn: "Die Speicherkapazität einer Batteriezelle auf Basis der Natrium-Ionen-Technologie liegt etwa ein Drittel unter der einer modernen Lithium-Ionen-Batterie", so Fichtner.
    Das ist vor allem eine Frage der "richtigen" Materialien, deren Energiedichte und Langzeitstabilität. Denn auch die Lebensdauer der Batterie ist noch nicht hoch genug. "Das ist eben die Herausforderung", sagt auch Oliver Fitz. Eine, die aber lösbar sei. Immerhin: Die Charakteristik beider Technologien sei sehr ähnlich. Künftig ein großer Vorteil.

    Man kann extrem viel Know-how in der Fertigungstechnologie von Lithium-Ionen-Batterien auf Natrium-Ionen-Batterien übertragen.

    Dr. Oliver Fitz, Fraunhofer ISE

    Das helfe bei der Geschwindigkeit der Markteinführung, erklärt Fitz.

    Keine technologische Revolution

    Sein Tipp: Bis etwa 2030 könnte es soweit sein. Vieles hänge aber von schwer absehbaren Faktoren ab, etwa von der Entwicklung des Lithium-Preises oder auch von Entscheidungen in der Politik oder von Automobilfirmen. Dass es tatsächlich eine echte technologische "Revolution" geben wird, glauben aber beide Forscher eher nicht. "Wahrscheinlich wird sie die Lithium-Ionen-Technologie ergänzen", sagt Fichtner.

    An neuen Batterien wird viel geforscht. Die Natrium-Ionen-Technologie gilt als aussichtsreicher Kandidat für eine baldige Markteinführung. In Deutschland arbeitet darauf unter anderem das Projekt ENTISE (Entwicklung der Natrium-Ionen-Technologie für industriell skalierbare Energiespeicher) hin. Das ist ein Zusammenschluss aus Industrie und Forschungseinrichtungen, dem auch das Helmholtz Institute Ulm (HIU) angehört und das von der Bundesregierung gefördert wird. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg hat 2024 ein eigenes Kompetenzzentrum gestartet, das vor allem die Verbesserung von Nachhaltigkeit, Sicherheit und Performance zum Ziel hat.
    Der Grund: Für Handy, Autos oder etwa Balkonkraftwerke würden die verschiedensten Batterien gebraucht. "Die Anforderungsprofile unterscheiden sich zum Teil drastisch. Das heißt: Jede Batterietechnologie wird ihre Spezialität bedienen können", erklärt Fitz. Die Kosten seien dabei der "entscheidende Lenkungsfaktor". Natrium-Ionen-Batterien könnten etwa da besonders interessant werden, wo die Energiedichte weniger relevant ist.
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    Einsatz in chinesischen Kleinwagen

    Große Potentiale sieht Fichtner im Bereich der stationären Speicher, zum Beispiel in Haushalten. Vielleicht auch in Autos. Chinesische Hersteller bauen Natrium-Ionen-Batterien in kleinen Serien bereits in Kleinwagen ein. Die Energiedichte kann mit Lithium-Ionen-Batterien allerdings nicht mithalten. Verwendet werden häufig außerdem kritische Rohstoffe wie Nickel oder Vanadium, ein Metall, das vor allem in China und Russland gewonnen wird. Die Entwicklung "richtig grüner" Batterien brauche dagegen noch etwas Zeit, glaubt Oliver Fitz. In einem Punkt ist er sich aber sicher:

    Es ist weniger die Frage, ob die Natriumzelle kommt, als mehr die Frage, ab wann sie so marktreif ist, dass sie wettbewerbsfähig ist.

    Dr. Oliver Fitz, Fraunhofer ISE

    Mark Hugo ist Redakteur in der ZDF-Umweltredaktion

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    Quelle: dpa
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