Wo Natrium-Ionen-Akkus besser als Lithium-Ionen-Batterien sind
In diesem Gastbeitrag befasst sich Shazan Siddiqi, Technologie-Analyst bei IDTechEx, mit dem Fortschritt bei Natrium-Ionen-Batterien, die Unabhängigkeit von Rohstoffen wie Lithium und Kobalt, Kostenvorteile und schnellere Ladezeiten bei E-Autos versprechen. IDTechEx ist ein Marktforscher aus Cambridge, UK, der sich mit Zukunftstechnologien befasst.
Da die Elektrifizierung der Welt rasch voranschreitet, ist die Energiespeicherindustrie zunehmend von kritischen Rohstoffen wie Lithium und Kobalt abhängig. Die Diversifizierung der Batteriechemie ist entscheidend für ein langfristiges Kapazitätswachstum. Es sollte selbstverständlich sein, dass keine einzelne Batteriechemie alle Eigenschaften für jede einzelne Anwendung besitzt – jeder Markt hat seine Nuancen und erfordert einzigartige Lösungen.
Die Natrium-Ionen-Chemie (Na-Ion) wird sicherlich nicht die Lösung für alle Anwendungen sein, aber sie wird die bestehenden und zukünftigen Lithium-Ionen-Technologien in vielen Anwendungen ergänzen und nicht verdrängen. Bedenken hinsichtlich der Energiesicherheit und geopolitische Erwägungen in der Versorgungskette treiben auch Nationen ohne lokalen Zugang zu Lithium-Ionen-Rohstoffen dazu, nach alternativen chemischen Verfahren zur Deckung des Energiespeicherbedarfs zu suchen.
Kleine Pilotanlagen und große Pläne
Derzeit laufen vor allem Pilotanlagen und einige kleinere Fabriken, die nur wenige Gigawattstunden (GWh) an Na-Ionen-Batterien pro Jahr produzieren, aber allein die von verschiedenen Rohstoffherstellern öffentlich angekündigten Kapazitäten summieren sich in den nächsten drei Jahren auf weit über 100 GWh. Sind die Produktionsverfahren jedoch erst einmal bekannt, dauert es weniger als zwei Jahre, um weitere Kapazitäten aufzubauen. Bis 2025 können deutlich mehr Kapazitäten aufgebaut werden, als bisher finanziert wurden, wenn im Laufe des Jahres 2023 Investoren dafür gefunden werden.
Die Prognose einer radikalen Umstellung eines großen Teils der Industrie auf eine neue Technologie in wenigen Jahren mag kühn klingen, aber allein in den letzten fünf Jahren ist dies in der Batterieindustrie mit NMC811 und LFP zweimal geschehen. Na-Ion erfordert kaum eine neue Anlagentechnik, sondern lediglich andere Ausgangsmaterialien und Produktionsparameter.
Ausblick: Nachfrage nicht durch Mangel an Rohstoffen begrenzt
IDTechEx prognostiziert, dass bis 2025 etwa 10 GWh an Na-Ionen-Batterien installiert sein werden, da erhebliche Produktionskapazitäten in Betrieb genommen und bestehende Li-Ionen-Anlagen auf Na-Ionen-Produktion umgestellt werden. Der Erfolg (oder Misserfolg) eines einzelnen Akteurs kann sich erheblich auf den Markt auswirken. Für den Zeitraum 2025-2033 wird ein CAGR von 27 % erwartet. Das Wachstum folgt einer ähnlichen Marktwachstumsrate wie das der Li-Ionen-Batterien. In den nächsten zehn Jahren werden die adressierbaren Märkte wahrscheinlich weitaus größer sein als die Ausweitung der Na-Ionen-Lieferketten und Herstellungskapazitäten oder gar die Nachfrage.
Es besteht jedoch das Potenzial für ein schnelleres Wachstum als prognostiziert, sobald die Technologie vertrauenswürdig, qualifiziert, bankfähig, verfügbar usw. ist. Wichtig ist, dass Na-Ionen eine Drop-in-Technologie für die derzeitigen Li-Ionen-Produktionslinien ist. Gigafactories können relativ schnell auf die Produktion von Na-Ionen-Zellen umgerüstet werden. Die Produktionskapazitäten der Materialhersteller deuten auch darauf hin, dass im Jahr 2024 deutlich mehr Unternehmen ihre eigenen Natriumbatterien bauen werden und dass es im Jahr 2025 wesentlich größere Kapazitäten geben könnte.
Signifikante Einsparungen gegenüber LFP sind anfangs unwahrscheinlich
Derzeit gibt es keine kostengünstige Batterietechnologie mit einer Energiedichte, die zwischen Blei- und Lithiumbatterien liegt. Laut IDTechEx-Forschung liegen die durchschnittlichen Zellkosten für Na-Ionen-Batterien bei 87 USD/kWh, wenn man die verschiedenen Chemiestoffe berücksichtigt. Bis zum Ende des Jahrzehnts werden die Produktionskosten für Na-Ionen-Batteriezellen, die hauptsächlich aus Eisen und Mangan bestehen, wahrscheinlich bei etwa 40 US$/kWh liegen, was auf Packungsebene etwa 50 US$/kWh entsprechen würde.
Na-Ionen-Zellen werden anfangs wahrscheinlich teurer sein, aber IDTechEx geht davon aus, dass die Kosten/Preise kurzfristig durch Effizienzsteigerungen bei der Herstellung, Skalierung und Technologieentwicklung sinken werden. Langfristige Kostensenkungen werden jedoch schwieriger, wenn sich die Technologie und die Herstellung weiter etablieren und ausgereift sind. Der IDTechEx-Bericht enthält eine Modellierung verschiedener Na-Ionen-Chemien mit einer Aufschlüsselung der Materialien und Preise.
Natrium ist nicht das Ende für Lithium
Bei den meisten E-Fahrzeugen steht die volumetrische Energiedichte an erster oder zweiter Stelle, denn je mehr Platz eine Batteriezelle bei einer bestimmten Energiedichte einnimmt, desto weniger Zellen können in ein Fahrzeug gequetscht werden, was die Reichweite einschränkt. Bei der Netzspeicherung hat der Platzbedarf der Batteriepacks keinen Einfluss auf ihre Wirtschaftlichkeit, und die Priorität liegt bei den Kosten pro kWh und Zyklus. Bei der kommerziellen Energiespeicherung geht es vor allem um Kostenkontrolle, und hier können Natriumionen andere chemische Systeme potenziell übertreffen.
Das größte Potenzial für Na-Ionen-Batterien im Verkehrsbereich besteht dort, wo die Energiedichte von Lithiumbatterien nicht voll ausgeschöpft wird. Dazu gehören fast alle Elektroautos mit so genannter Standard-Reichweite, d.h. mit geringerer Batteriekapazität im Vergleich zu teureren Modellen gleicher Bauart. Hier könnten Natriumbatterien mit höheren Ladegeschwindigkeiten und geringerem Kapazitätsverlust bei kalten Temperaturen eine sehr attraktive Alternative darstellen. Dank dieser alternativen Energiespeichertechnologie werden Lithiumbatterien vor allem dort verfügbar sein, wo sie wirklich unverzichtbar sind.
Der neueste Bericht von IDTechEx, „Natrium-Ionen-Batterien 2023-2033: Technologie, Akteure, Märkte und Prognosen“ befasst sich mit den weltweiten Kommerzialisierungsbemühungen von Na-Ionen-Batterien anhand von Patentanalysen und kommt zu dem Ergebnis, dass China wieder einmal die Führung übernimmt.
