Die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien ist auf einem vielversprechenden Weg. Diese Batterien bieten im Vergleich zu Lithium-Batterien entscheidende Vorteile: Sie sind kostengünstiger, sicherer und werden aus Rohstoffen hergestellt, die in großen Mengen verfügbar sind. Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat zusammen mit 20 Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft das Projekt SIB:DE FORSCHUNG gestartet, um die technischen Herausforderungen zu überwinden, die mit der Nutzung von Natrium statt Lithium verbunden sind. Chemische Unterschiede zwischen den beiden Elementen führen zu einer geringeren Lebensdauer und Skalierungsproblemen, die es zu adressieren gilt, wie KIT berichtet.
Das Projekt zielt darauf ab, die Natriumtechnologie für die industrielle Massenproduktion fit zu machen. Die Forscher am KIT entwickeln skalierbare Herstellungsprozesse für leistungsfähige Aktivmaterialien im Kilogramm-Maßstab und optimieren Elektroden für eine langlebige Batterieleistung. Aktuell erfolgt die Analyse und Prüfung der Ergebnisse im Forschungslabor BELLA (Battery and Electrochemistry Laboratory) von KIT und BASF. Das Konsortium umfasst 7 Industriepartner, 14 akademische Partner und 42 assoziierte Partner und ist damit das größte seiner Art in Deutschland.
Forschung und Entwicklung im Fokus
Die Erprobung und Nutzung von Natrium-Ionen-Batterien ist ein wichtiger Schritt, um den wachsenden Bedarf an Energiespeichern weltweit zu decken. Da Lithium-Ionen-Batterien aufgrund der limitierten Verfügbarkeit kritischer Rohstoffe nicht ausreichend sind, steht die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien im Vordergrund. Ihre hohe Energiedichte und Langzeitstabilität sind zentrale Entwicklungsziele, die den Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Lösungen fördern sollen, wie Fraunhofer berichtet.
Ein weiterer Aspekt der Forschung ist die Optimierung der praktischen Nutzung der theoretischen Energiedichten dieser neuen Technologie. Die Beteiligten arbeiten an der Identifizierung von SIB-Aktivmaterialien, die sich skalierbar herstellen lassen und wettbewerbsfähige Zell-Performance bieten. Zudem wird untersucht, wie diese Technologie in bestehende Lithium-Ionen-Produktionsprozesse integriert werden kann, um Produktionskosten und Entwicklungszeiten zu reduzieren.
Umweltfreundlichkeit und Zukunftsperspektiven
Natrium-Ionen-Batterien sind nicht nur kostengünstig, sondern auch umweltfreundlich. Sie basieren auf Natrium, das aus weit verbreitetem Natriumchlorid (Meersalz) gewonnen werden kann. Die Batterien enthalten keine kritischen Materialien wie Kobalt, Nickel oder Lithium. Stattdessen setzen die Entwickler auf alternative Kohlenstoffverbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen. Diese Aspekte sind besonders wichtig, da die prognostizierte Nachfrage an Energiespeichern von 700 Gigawattstunden im Jahr 2022 auf bis zu 4.700 Gigawattstunden bis 2030 ansteigen könnte, wie energiezukunft berichtet.
Das Projekt „Vier-Volt-Natrium-Ionen-Batterie“ (4NiB) hat sich zudem zum Ziel gesetzt, leistungsstarke, kosteneffiziente und umweltfreundliche Natrium-Ionen-Batterien zu entwickeln. Die Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Hochvoltkathoden und die Nutzung sicherer, hochspannungsstabiler Mischphosphate. Die geplanten Anwendungen dieser Batterien reichen von Elektrofahrzeugen im Stadtverkehr bis hin zu stationären Batteriespeichern, was sie zu einer vielversprechenden Alternative macht.