Die Studie zu Natrium-Ionen-Batterien basiert auf Modellierungen von industriellen Produktionsdaten im Maßstab von Gigafabriken mit Fokus auf die Energiedichte und den CO₂-Fußabdruck.

Natrium-Ionen-Batterien gelten als Alternative zu Lithium-Ionen-Technologien, vor allem aufgrund besserer Verfügbarkeit der Rohstoffe und potenziell geringeren Umweltwirkungen. In der Studie wurden ausschließlich Zellchemien und Materialien untersucht, die gegenwärtig von Herstellern verfolgt und weiterentwickelt werden.


Die Studienergebnisse

• Aktuell speichern Natrium-Ionen-Batterien noch weniger Energie als Lithium-Ionen-Batterien auf Basis von Lithium-Eisenphosphat, insbesondere bezogen auf das Volumen. Durch Materialoptimierung last sich das reduzieren und bei einzelnen Zellchemien sogar vollständig ausgleichen. Zellen mit Schichtoxid-Kathoden erzielen die höchsten Energiedichten unter den untersuchten Zelltypen.
• Beim CO₂-Fußabdruck schneiden viele Natrium-Ionen Zellchemien laut Studie bereits gut ab. Besonders die Verwendung von Hartkohlenstoff (Hard Carbon) als Anodenmaterial zeige Vorteile. Im Vergleich zum in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten synthetischen Graphit, dessen Herstellung besonders energieintensiv ist, lässt sich Hard Carbon klimafreundlicher produzieren.

Hard Carbon mit Potenzial

Allerdings zeigt sich bei der Energiedichte eine Schwäche: Während Batteriezellhersteller auf der Kathodenseite unterschiedliche Materialien einsetzen, ist Hard Carbon das dominierende Anodenmaterial. Dieses hat aktuell eine deutlich geringere spezifische Energie als das Graphit in der klassischen Lithium-Ionen-Batterie. Allerdings bietet Hard Carbon noch Spielraum für Leistungssteigerungen. Laut Studie könnten gezielte Materialverbesserungen die Energiedichte erhöhen und Emissionen um bis zu elf Prozent senken. Hard Carbon sei heute noch der Engpass bei der Energiedichte, meinen die Forscher. Mit Optimierungen können die Lücke zu Lithium-Eisen-Phosphat aber in absehbarer Zeit geschlossen werden.

Ausblick

Laut Studie verfolgen Unternehmen bereits verfolgen Pläne für eine Produktion im Gigafactory-Maßstab.

Die Studie ist in englischer Sprache kostenlos über den unten angeführten Link einsehbar.