In jeder Ecke des Internets lassen sich ein paar Happen Informationen über die Pläne der Natrium-Ionen Zellhersteller finden. Aber was passiert, wenn man all diese Daten zusammenträgt? Welche neuen Erkenntnisse lassen sich aus den Daten gewinnen? Die Ergebnisse der Recherche werden hier vorgestellt.
Inzwischen gibt es jede Menge Natrium-Ionen Firmen. Eine Liste welche Hersteller es gibt, wo sie herkommen und welche Energiedichten geplant sind, gibt es in diesem Beitrag.
Doch was kann man aus den Daten lernen, wenn man alle Infos zusammenträgt? Die 5 wichtigsten Takeaways werden in diesem Artikel besprochen.
Takeaway 1: Kathoden auf Basis von Schichtoxiden dominieren den Markt
Auch wenn noch nicht alle Hersteller offenbart haben, an welcher Zellchemie sie arbeiten, sieht man, dass Kathoden auf Basis von Schichtoxiden den bei weitem größten Anteil ausmachen. Schichtoxide sind bereits als Kathodenmaterial für Lithium-Ionen Batterien bekannt und lassen sich verhältnismäßig einfach in bestehende Prozesse integrieren, es handelt sich um eine Drop-In Technologie. Dadurch ist es möglich die Kosten für neue Anlagen zu sparen und zudem schnell die Marktreife zu erreichen.
Preußisch Blau Analoga nehmen mit knapp 15 % einen weitaus kleineren Marktanteil ein. Diese Technologie wird aber von großen Firmen wie CATL und Northvolt favorisiert, sodass eine erfolgreiche Markteinführung auf jeden Fall realistisch ist.
Polyanionische Kathoden dagegen werden aktuell nur von wenigen Herstellern verfolgt. BYD setzt auf diese Technologie, will aber als zweites Standbein auch Schichtoxid-Kathoden entwickeln. Im Vergleich zu den anderen beiden Chemien ist eine Serienreife noch weiter entfernt.
Schichtoxide, Preußisch Blau und Polyanionische Kathoden nehmen mehr als 2/3 des Gesamtmarktes ein. Es gibt aber auch noch einige Hersteller, die eigene Wege gehen und zum Beispiel an Solid-State Natrium-Ionen Batterien häufig in Kombination mit einer Natrium-Metallanode arbeiten. Teilweise sind deren Systeme bereits seit einigen Jahren auf dem Markt erhältlich. Sie alle eint aber, dass sie entweder eklatante Nachteile gegenüber den gängigen Materialien haben (z.B. Betriebstemperatur bei 300° C) oder noch sehr weit entfernt von der Marktreife sind.
Während es bei Kathoden einen Wettkampf um die beste Chemie gibt, ist dieser Kampf bei der Anode längst entschieden. Fast alle Anbieter setzen auf Hard Carbon, vereinzelt auch Soft Carbon. Das bei Lithium-Ionen Batterien verwendete Graphit als Anodenmaterial kann für Natrium-Ionen Batterien nicht verwendet werden (das Natrium-Ion ist zu fett, sodass es sich nicht vernünftig in die Zwischenschichten des Graphit einlagern kann). Hard Carbon verfügt über eine gröbere Struktur mit Fehlstellen und Nischen, welche die Natrium-Ionen aufnehmen können, weswegen es das präferierte Material der Hersteller ist.
Weitergehende Informationen zur Batteriechemie von Natrium-Ionen Batterien finden sich in diesem Artikel.
Takeaway 2: Egal ob Schichtoxid oder Preußisch Blau Analoga: Die geplante Energiedichte unterscheidet sich kaum
Aus der Forschung ist bekannt – Schichtoxid-Kathoden erreichen die höchste Energiedichte, gefolgt von Preußisch Blau Analoga und Polyanionische Kathoden bilden das Schlusslicht. Auch wenn sich dieser grundsätzliche Trend auch in den Ankündigungen der Hersteller wiederspiegelt, sind die Unterschiede zwischen Schichtoxiden und Preußisch Blau Analoga in der Praxis nur minimal und damit vernachlässigbar. In der Praxis liefern sich die beiden Materialien ein Kopf-an-Kopf-Rennen und es ist noch nicht absehbar, wer sich am Ende durchsetzen wird.
Takeaway 3: Natrium-Ionen Batterien sind gut, Lithium-Ionen Batterien sind besser
Auch wenn Natrium-Ionen Zellen in den letzten Jahren bedeutende Fortschritte gemacht haben und bereits heute besser abschneiden als viele Lithium-Ionen Zellen die 2010-2020 hergestellt worden sind: Heutige Lithium-Ionen Batterien sind besser. Mit Lithium-NMC und NCA Kathoden werden Energiedichten jenseits der 200 Wh/kg erreicht und mit LFP gibt es eine Technologie die bereits heute 6000 Zyklen überlebt. Mit den Polyanionischen Kathoden gibt es zwar auch für Natrium-Ionen eine Technologie, die bis zu 10000 Zyklen ermöglicht, dies geht aber auf Kosten der Energiedichte.
Viele Hersteller haben die Aussage getätigt, dass ihre angekündigten Natrium-Ionen Zellen besser oder mindestens gleich gut abschneiden wie heutige LFP-Zellen. Die hier durchgeführte Analyse zeigt, dass dies nicht der Fall ist.
Bedeutet das also, dass die Natrium-Ionen Batterie ein Reinfall ist? Auf keinen Fall! Die Motivation auf Natrium-Ionen Batterien umzusteigen besteht nicht darin eine bessere Zelle zu erhalten. Stattdessen überzeugt die Chemie mit günstigen Preisen und einer sehr guten Rohstoffverfügbarkeit. Dies kann am Ende entscheidender sein, als eine etwas höhere Energiedichte.
Takeaway 4: Natrium-Ionen Firmen produzieren bereits heute Zellen im GWh-Maßstab – oder fangen die nächsten Jahre damit an
Entgegen der weitläufigen Meinung sind Natrium-Ionen Batterien keine ferne Zukunftstechnologie, sondern werden bereits heute im Gigawatt-Stunden Maßstab von ersten Firmen hergestellt und ersten OEMs und Partnerfirmen zur Verfügung gestellt. Erste Kleinst-Elektrofahrzeuge in China sind auch schon auf dem Markt und der Markt wird die nächsten Jahre deutlich zulegen.
Auch wenn noch nicht alle Hersteller offengelegt haben, wann sie in die Massenfertigung einsteigen wollen, haben viele Firmen darunter BYD und Farasis Pläne für den Bau von Gigafactories bekannt gegeben. Spätestens in der zweiten Hälfte der 20er Jahre dürften Natrium-Ionen Zellen höhere Marktanteile erreichen.
Takeaway 5: Sehr viele große Firmen arbeiten an Natrium-Ionen Batterien – für Start-Ups wird es schwer
Inzwischen gibt es fast 30 Unternehmen, bei denen bekannt ist, dass sie an Natrium-Ionen Batterien arbeiten (hier gibt es mehr Infos dazu). Schaut man sich die Unternehmen an, fällt auf, dass die Allermeisten bereits in der Vergangenheit Lithium-Ionen Zellen entwickelt haben und sehr viel Erfahrung mit der Erforschung von Batterien haben. Insbesondere CATL und BYD mit einer Marktkapitalisierung von jeweils 92 und 77 Mrd. $ sind sehr finanzstark und entsprechend in der Lage, die Einführung neuer Technologien voranzutreiben. Entsprechend gibt es nur relativ wenige Start-Ups, die komplett neu in dieser Branche sind. Wer in diesem Wettkampf bestehen möchte, sollte finanziell gut ausgestattet sein, bereits Erfahrung mit Batterien haben und eine technologische Innovation mitbringen, die ihn von anderen Herstellern abhebt – sonst dürfte es ein aussichtsloser Kampf werden.
