In einer sich rasant auf die Elektrifizierung zubewegenden Welt ist die Energiespeicherindustrie zunehmend auf kritische Rohstoffe wie Lithium und Kobalt angewiesen. Eine Diversifizierung der Batteriechemie ist entscheidend für langfristiges Kapazitätswachstum. Es ist offensichtlich, dass keine einzelne Batteriechemie alle Eigenschaften für jede Anwendung besitzt – jeder Markt hat seine Nuancen und erfordert einzigartige Lösungen. Die Natrium-Ionen (Na-Ionen)-Chemie wird sicherlich nicht die Antwort für alle Anwendungen sein, jedoch wird sie in vielen Industrien gut geeignet sein, um die bestehenden und zukünftigen Lithium-Ionen-Technologien zu ergänzen, anstatt sie zu verdrängen. Bedenken hinsichtlich der Energiesicherheit und geopolitischer Überlegungen in der Lieferkette treiben Nationen ohne Zugang zu Lithium-Ionen-Rohstoffen dazu, nach alternativen Chemien für die Erfüllung des Bedarfs an Energiespeicherung zu suchen.
Kleine Pilotanlagen und große Pläne
Derzeit laufen hauptsächlich Pilotanlagen, und einige kleinere Fabriken werden in Betrieb genommen, die nur wenige Gigawattstunden (GWh) Na-Ionen-Batterien pro Jahr produzieren. Die Kapazitäten, die von verschiedenen Rohstoffherstellern öffentlich angekündigt wurden, summieren sich jedoch in den nächsten drei Jahren auf weit über 100 GWh. Die Prognose einer radikalen Umstellung eines Großteils der Branche auf eine neue Technologie in wenigen Jahren mag kühn klingen, aber in den letzten fünf Jahren ist dies allein in der Batterieindustrie bereits zweimal mit NMC811 und LFP geschehen. Na-Ionen erfordern kaum neue Anlagentechnologie, lediglich andere Ausgangsmaterialien und Produktionsparameter. Der neueste Bericht von IDTechEx, “Sodium-ion Batteries 2023-2033: Technology, Players, Markets, and Forecasts“, behandelt die globalen Vermarktungsbemühungen von Na-Ionen-Batterien durch Analyse von Patenten und zeigt, dass China erneut die Führung übernimmt.
Aussichten: Nachfrage nicht durch Mangel an Rohstoffen begrenzt
IDTechEx prognostiziert, dass bis 2025 etwa 10 GWh Na-Ionen-Batterien installiert sein werden, da bedeutende Fertigungskapazitäten online gehen und bestehende Li-Ionen-Linien auf die Na-Ionen-Produktion umgestellt werden. Der Erfolg (oder Misserfolg) eines einzigen Herstellers kann den Markt erheblich beeinflussen. Für den Zeitraum 2025-2033 wird ein jährliches Wachstum von 27% erwartet. Das Wachstum folgt einem ähnlichen Marktwachstum wie das von Li-Ionen-Batterien. In den nächsten 10 Jahren werden die adressierbaren Märkte voraussichtlich weit höher sein als die Erweiterung der Na-Ionen-Lieferketten und Fertigungskapazitäten oder sogar die Nachfrage. Es besteht jedoch das Potenzial für ein schnelleres Wachstum als prognostiziert, sobald die Technologie Vertrauen gewinnt, qualifiziert, bankfähig und verfügbar ist. Wichtig ist, dass Na-Ionen eine Drop-In-Technologie für die derzeitigen Li-Ionen-Produktionslinien darstellt. Gigafabriken können relativ schnell auf die Produktion von Na-Ionen-Zellen umgerüstet werden. Die Produktionskapazitäten der Materialhersteller deuten ebenfalls darauf hin, dass 2024 wesentlich mehr Unternehmen ihre eigenen Natriumbatterien bauen werden und dass es 2025 möglicherweise wesentlich größere Kapazitäten geben wird.
Einsparungen im Vergleich zu LFP zunächst unwahrscheinlich
Derzeit gibt es keine kostengünstige Batterietechnologie mit einer Energiedichte zwischen Blei- und Lithium-Batterien. Laut Forschungen von IDTechEx liegt der durchschnittliche Zellenpreis für Na-Ionen-Batterien bei 87 US-Dollar/kWh unter Berücksichtigung unterschiedlicher Chemien. Bis zum Ende des Jahrzehnts wird die Herstellungskosten von Na-Ionen-Batteriezellen, die hauptsächlich auf Eisen und Mangan basieren, voraussichtlich bei etwa 40 US-Dollar/kWh liegen, was rund 50 US-Dollar/kWh auf Paketebene entspricht. Die Na-Ionen-Zellen werden wahrscheinlich anfangs zu einem höheren Preis angeboten, aber IDTechEx erwartet einen kurzfristigen Rückgang der Kosten/Preise durch Effizienzsteigerungen in der Fertigung, Skalierung und Technologieentwicklung. Langfristig wird es jedoch schwieriger, die Kosten zu senken, da Technologie und Produktion etablierter und ausgereifter werden. Der IDTechEx-Bericht enthält Modellierungen verschiedener Na-Ionen-Chemien mit einer Aufschlüsselung der Materialien und Preise.
Natrium ist nicht das Ende für Lithium
Bei den meisten Elektrofahrzeugen steht die volumetrische Energiedichte an erster oder zweiter Stelle, da je mehr Platz eine Batteriezelle für eine bestimmte Energiedichte einnimmt, desto weniger Zellen können unter einem Fahrzeug untergebracht werden, was die Reichweite begrenzt. Bei der Netzspeicherung beeinflusst der Platzbedarf der Batteriepacks nicht ihre wirtschaftliche Machbarkeit, und die Priorität liegt in den Kosten pro kWh pro Zyklus. Die kommerzielle Energiespeicherung dreht sich alles um die Kostenkontrolle, und hier können Natrium-Ionen potenziell andere Chemien dominieren. Das größte Potenzial für den Einsatz von Na-Ionen-Batterien im Transportbereich besteht dort, wo die Energiedichte von Lithium-Batterien nicht vollständig genutzt wird. Dazu gehören nahezu alle Elektroautos mit einer sogenannten Standardreichweite, also reduzierter Batteriekapazität im Vergleich zu teureren Modellen derselben Bauweise. Dort könnten Natriumbatterien mit höheren Ladeschnelligkeiten und geringerem Kapazitätsverlust bei Kälte eine sehr attraktive Alternative darstellen. Vor allem dank dieser alternativen Energiespeichertechnologie werden Lithium-Batterien dort verfügbar sein, wo sie wirklich unverzichtbar sind.