Eine neue Studie zeigt, dass Natrium-Ionen-Batterien trotz ihres Potentials noch signifikante technologische Durchbrüche benötigen, um sich gegen Lithium-Ionen-Batterien durchzusetzen.
Potenzial und Herausforderungen von Natrium-Ionen-Batterien
Seit Jahren versuchen Ingenieure und Unternehmen, günstigere Alternativen zu den dominierenden Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln. Natrium-Ionen-Batterien gelten dabei als ein vielversprechender Kandidat. Der Grund: Natrium ist im Vergleich zu Lithium deutlich günstiger und in größeren Mengen verfügbar. Insbesondere die durch COVID-19 ausgelösten Lieferkettenprobleme und die daraufhin gestiegenen Lithiumpreise haben die Aufmerksamkeit auf Natrium-Ionen-Technologien gelenkt.
Trotz ihrer theoretischen Vorteile stehen Natrium-Ionen-Batterien jedoch vor großen Hürden. Laut einer neuen Studie, veröffentlicht in Nature Energy und durchgeführt von Forschern der Stanford University, müssen erhebliche Fortschritte erzielt werden, bevor diese Technologie marktreif wird. Besonders problematisch ist die derzeit geringe Energiedichte der Batterien. Obwohl die Rohstoffe günstiger sind, bleibt der Preis pro gespeicherter Energieeinheit höher als bei Lithium-Ionen-Batterien. Ohne technologische Durchbrüche könnte dies die breite Kommerzialisierung behindern.
Wichtige technologische Fortschritte notwendig
Die Studie, die von der neuen Forschungsinitiative STEER (Stanford Doerr School of Sustainability’s Precourt Institute for Energy und SLAC-Stanford Battery Center) geleitet wurde, analysierte über 6.000 Szenarien, um das Potential von Natrium-Ionen-Batterien zu bewerten. Besonders hervorgehoben wird, dass die Energiedichte gesteigert werden muss, ohne auf teure oder kritische Materialien zurückzugreifen.
Derzeit basieren viele Designs auf Nickel, einem kostspieligen Metall. Die Forscher empfehlen daher, alternative Materialien zu entwickeln, die ähnliche Energiedichten wie Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LiFePO4) erreichen können, jedoch ohne Nickel und andere kritische Rohstoffe auszukommen.
Skalierung allein reicht nicht aus
William Chueh, Co-Autor der Studie und Direktor des Precourt Institute for Energy, betont:
„Es reicht nicht, die Produktion zu skalieren, um die Preise zu senken. Wichtiger sind technologische Innovationen, die die Kostenstruktur grundlegend verändern.“
Die Lernkurve bei der Herstellung sei zwar relevant, jedoch nicht ausreichend, um Natrium-Ionen-Batterien konkurrenzfähig zu machen.
Marktbedingungen als entscheidender Faktor
Neben technologischen Fortschritten spielen auch Marktbedingungen eine entscheidende Rolle. Beispielsweise könnte die Wettbewerbsfähigkeit von Natrium-Ionen-Batterien steigen, wenn es zu Engpässen bei Rohstoffen wie Graphit kommt. China kontrolliert derzeit mehr als 90 % der globalen Graphitversorgung, einem essenziellen Material für Lithium-Ionen-Batterien. Erst im Dezember 2024 hat China den Export von Graphit und drei weiteren kritischen Mineralien stark eingeschränkt, was geopolitische Risiken verdeutlicht.
Sollten die Preise für Lithium jedoch auf ihrem aktuellen, historisch niedrigen Niveau bleiben, wird es für Natrium-Ionen-Batterien deutlich schwieriger, sich durchzusetzen. Adrian Yao, Hauptautor der Studie und Gründer von STEER, erklärt:
„Unser Ziel war es nicht, genaue Zeitpunkte für die Marktreife vorherzusagen, sondern die Auswirkungen verschiedener Marktszenarien aufzuzeigen.“
Bedeutung für die Energiespeicherung der Zukunft
Die Forschung unterstreicht die Notwendigkeit, die Energiespeichertechnologien zu diversifizieren. Eine zu starke Abhängigkeit von Lithium-Ionen-Batterien birgt Risiken für die Versorgungssicherheit und könnte wirtschaftliche sowie geopolitische Spannungen verschärfen. Natrium-Ionen-Batterien könnten hier als Alternative dienen, insbesondere für netzgebundene Energiespeichersysteme.
Dennoch bleibt klar: Die Technologie benötigt sowohl technologische als auch wirtschaftliche Durchbrüche, um langfristig wettbewerbsfähig zu werden. Neue Chemien und innovative Fertigungsmethoden sind entscheidend, um die Kostenstruktur zu verbessern und die Kommerzialisierung voranzutreiben.
Fazit
Natrium-Ionen-Batterien bieten vielversprechende Ansätze für kostengünstige und resiliente Energiespeicher. Allerdings müssen zentrale Herausforderungen überwunden werden, um das Potential dieser Technologie voll auszuschöpfen. Fortschritte bei der Energiedichte, die Vermeidung kritischer Materialien und günstige Marktbedingungen sind dabei die Schlüsselfaktoren.
Die Forschung zeigt, dass es sich lohnt, weiter in diese Technologie zu investieren – jedoch mit einem klaren Fokus auf gezielte Innovationen. Nur so könnten Natrium-Ionen-Batterien in den kommenden Jahren eine tragfähige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien werden.
