Lithium, Blei und Co haben ausgedient – jetzt kommt Kochsalz! Natrium-Ionen-Akkus sollen demnächst etwa Elektroautos mit kostengünstigem, umweltfreundlichem und leistungsstarkem mobilem Strom versorgen. Wie funktioniert das und kann Natrium wirklich mehr als herkömmliche Akku-Zutaten?
Wie funktionieren Natrium-Ionen-Akkus?
Bisher kamen Akkus und Batterien nicht ohne problematische Zutaten aus. Rohstoffe wie Lithium, Blei oder Cadmium sind nicht nur aufwendig in der Gewinnung, sie sind auch eine Gefahr für die Umwelt. Gerade Lithium – der Powerlieferant für alle mobilen Geräte von Notebooks und Handys bis zu Elektroautos – ist in den vergangenen Jahren um ein Vielfaches teurer und seltener geworden. Auch bei der Lagerung und Entsorgung erwies sich Lithium bisher als heikel.
Ingenieure und Techniker forschen seit Jahren an Alternativen und sind bei einem Stoff fündig geworden, der sich in jedem Haushalt findet: Natrium-Ionen-Akkus beruhen auf simplem Kochsalz, das sich nicht nur im Küchenschrank, sondern zum Beispiel auch im Meerwasser befindet. Damit steht es potenziell unendlich zur Verfügung und braucht für die Gewinnung wesentlich weniger Aufwand.
Das Funktionsprinzip einer Natrium-Ionen-Zelle (sodium-ion battery; SIB) ist identisch mit jedem anderen mobilen Stromlieferant: Natriumionen wandern vom Minus- zum Pluspol und werden dabei von Elektrolyten unterstützt. Diese Elektrolyte können organischen oder anorganischen Ursprungs sein. Bei anorganischen Elektrolyten spricht man von einer Salzwasserbatterie.
Welche Vorteile haben Natrium-Ionen-Akkus?
Mit einem Element, das überall zu finden ist, sind Natrium-Ionen-Akkus wesentlich billiger in der Herstellung als ihre klassischen Batterie-Kollegen. Zudem haben Wissenschaftler jüngst einen Durchbruch erzielt und eine Natrium-Ionen-Batterie gebaut, die mit 50.000 Ladezyklen selbst den besten Lithium-Ionen-Akku in Sachen Gesamtlebensdauer abhängt: Mancher Li-Ionen-Akku fürs E-Bike schafft ungefähr 1.500 Ladezyklen, im Durchschnitt ist jedoch nach 1.000 Zyklen Schluss. Auch sonst können sich die Vorteile der Natrium-Ionen-Technologie sehen lassen:
- Keine Brandgefahr – Transport in Flugzeugen oder per Versand einfacher möglich
- Umweltschonend in Herstellung und Entsorgung
- Ladungsstabil – keine Tiefentladung und damit sehr lange lagerfähig
- In Minuten wiederaufladbar – perfekt für große Akkus
Welche Nachteile haben Natrium-Ionen-Akkus?
So großartig die neue Technologie auch ist – in vielen entscheidenden Punkten kann sie den klassischen Powerzellen bisher nicht das Wasser reichen. Das beginnt schon beim Gewicht: Natrium ist viel schwerer als Lithium und damit ein Problem für die Energieeffizienz und den Einbau in mobile Geräte.
Zudem erreicht das Natriumgemisch bisher nicht dieselbe Leistung wie eine Lithium-Ionen-Zelle. Natriumionen bzw. -Batterien besitzen eine geringere Energiedichte. Sie können pro Zentimeter also weniger Strom speichern und abgeben.
Das disqualifiziert sie bisher noch für energieintensive Einsätze im kompakten Akku. Damit sind Natrium-Ionen-Batterien aktuell eher als stationäre Powerzellen sinnvoll – zum Beispiel als Notreserve für Serverräume.
Wofür können Natrium-Ionen-Akkus eingesetzt werden?
Fakt ist: Laptops, Tablets oder Drohnen werden vorerst nicht mit Natrium-Akkus betrieben werden können. Andersherum scheint der Durchbruch als Akku für die Elektromobilität kurz bevor zu stehen. Dabei stehen nicht nur E-Autos im Fokus, sondern zum Beispiel auch elektrisch betriebene Transporthelfer im Unternehmen.
Wegen der rasanten Ladegeschwindigkeit lässt sich die Anzahl an Reserveakkus deutlich reduzieren, während niemand auf die Einsatzfähigkeit elektrischer Hubgeräte warten muss.
Zudem gelten SIB als heiße Anwärter für mehr Speicherfähigkeit rund um die Photovoltaik. Wird ein Natrium-Ionen-Akku an die PV-Anlage angeschlossen, kann er das Verhältnis von Sonnenernte und Energiebereitstellung langfristig optimieren.
Stand der Technik: Wann sind Natrium-Ionen-Akkus marktreif?
Die Meldungen zur Einführung von Natrium-Ionen-Akkus widersprechen sich. So soll das US-Unternehmen CATL spätestens Ende 2023 so weit sein und Powerzellen für E-Autos liefern können. Gleiches wurde auch vom chinesischen Hersteller BYD gesagt, der diesen Zeithorizont jedoch vorerst dementierte.
Kleinere Unternehmen ziehen in ihren Erfolgsmeldungen allerdings beständig nach und lassen damit zumindest vermuten, dass die Marktreife der Kochsalzpower nicht mehr allzu lange auf sich warten lässt – in welcher Form und für welche Anwendungen auch immer.
Bis es so weit ist, gibt es zum Beispiel mit Lithium-Eisenphosphat-Zellen zumindest Kompromiss-Akkus, die weniger brennbar und beschädigungsanfällig sind. Aber auch sie haben eine geringere Energiedichte als die Lithium-Klassiker.
Darüber hinaus steht nicht nur Natrium auf dem Plan der Forscher: Magnesium macht weniger Probleme bei der Energiedichte, ist ähnlich leicht verfügbar und genauso umweltfreundlich. Hier steht die Technik jedoch noch ganz am Anfang.
Nachhaltiger Umgang mit Akkus – das kann jeder schon jetzt tun
Nachhaltigere Akkus und Batterien sind zwar längst kein Traum mehr. Sie werden jedoch noch eine ganze Weile brauchen, bis sie andere Formen komplett ersetzen. Darum ist es umso wichtiger, den eigenen Umgang mit etablierten Technologien zu überdenken. Wer umweltfreundlicher und nachhaltiger handeln will, hat viele Möglichkeiten:
- Ladung optimal ausnutzen: Akkufresser von Smartphone, Laptop oder anderen Geräten eliminieren und damit die Zeit bis zum nächsten Aufladen verlängern.
- Batterien und Akkus nur nach Bedarf vorhalten: Powerzellen auf Vorrat können nach längerer Liegezeit tiefenentladen und wandern dann ungenutzt in den Müll.
- Einsatz von Batterien und Akkus optimieren: Oft genutzte Geräte mit hohem Strombedarf sollten mit Akkus betrieben werden, Geräte mit geringem Strombedarf und langer Bereitschaft sind mit Batterien bestens versorgt.
- Powerzellen richtig lagern: Kälte und Hitze setzen den Komponenten gleichermaßen zu. Temperaturkonstante, trockene und sichere Lagerorte verlängern die Lebensdauer.
- In anständige Ladetechnik investieren: Hochwertige Ladegeräte besitzen zahlreiche Überwachungs- und Optimierungsfunktionen, langlebige Ladekabel sorgen für sicheres und schnelles Laden.
- Besser laden: Akkus halten am längsten, wenn sie nicht ständig auf 100 Prozent geladen werden. Ein Ladestand zwischen 35 und 75 Prozent ist ideal.
- Öfter mal abschalten: Viele elektronische Geräte sind oft unnötig in Bereitschaft. Vollständiges Abschalten spart Strom, Geld und Akku.
- Power hochdrehen: Viele Akkus oder Batterien gibt es bei identischer Bauweise mit unterschiedlichen Kapazitäten. Mehr Power pro Ladung heißt längere Lebensdauer. Aber Achtung: Nur kompatible Ersatzbatterien und -Akkus verwenden!
- Auf Qualität achten: Ausschließlich auf Markenzellen und hochwertige Drittanbieter setzen, die in vertrauenswürdigen Shops verkauft werden. So kann man sich sicher sein, dass die Produkte neu, geprüft und funktionstüchtig sind.
- Batterien korrekt entsorgen: Alle Powerzellen sollten zu zertifizierten Sammelstellen zurückgebracht werden und nicht im Hausmüll landen.
Im Zweifel gilt immer: Experten wissen mehr! Die richtigen Batterien und Akkus sind im AkkuShop immer zu finden – und das Team an Mitarbeitern steht bei Fragen gern bereit. Sobald Natrium-Ionen-Akkus den Markt erobern, wird es sie natürlich auch bei uns zu kaufen geben.
