Neue Akku-Technologie vor Serieneinsatz: Kommt jetzt der endgültige Durchbruch für E-Autos?

Das Geschäft mit E-Autos nimmt Fahrt auf. Die Hersteller setzen dabei vor allem auf Lithium-Akkus. Doch die sind teils hochgiftig. Daher suchen die Hersteller nach umweltschonenden Alternativen – mit Erfolg.

Berlin – Weltweit steigt die Zahl der Elektroautos auf den Straßen, die Hersteller bringen auch immer mehr Modelle mit dieser Antriebsgattung auf den Markt. Das Verbrenner-Aus in der EU ab 2035 gibt dieser Mobilitätsform einen zusätzlichen Schub.

Eine Schwachstelle bei E-Autos ist der Akku. Bisher beruhen diese fast ausschließlich auf der Lithium-Ionen-Technologie. Der gravierende Nachteil von Lithium ist jedoch, dass die globalen Reserven begrenzt sind, der Abbau teuer und wenig umweltschonend ist. Zudem benötigen die Elektroden von Lithiumbatterien laut der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) gegenwärtig Cobalt und Nickel. Das sind Metalle, die ebenfalls unter problematischen Bedingungen abgebaut werden und hochgiftig sind.

Natrium-Ionen vs. Lithium-Ionen-Akku: Umweltschonender und sicherer im Betrieb

Deswegen wird weltweit an umweltschonenden Alternativen zu Lithium geforscht. Als besonders vielversprechend gelten Natrium-Ionen-Batterien, die viele Vorteile gegenüber den Lithium-Pedanten haben. Zum einen ist Natrium als natürlicher Bestandteil von Salz (Natriumchlorid, NaCl) leicht und in rauen Mengen verfügbar.

Zudem kommen Natrium-Ionen-Batterien ohne Cobalt und Nickel aus und sind im Betrieb sicherer. Außerdem kann die Batterie einfacher recycelt werden, da sich die Materialien leichter trennen und wiederverwerten lassen. Dazu kommt, dass es sich laut BAM um eine „Drop-in-Technologie“ handelt, die schnell auf die gängige Batterieproduktion übertragen werden kann.

Nachteil des Natrium-Ionen-Akkus: bisher verwendete Anodenmaterial lagert auch Elektrolyt ein

Eine Schwachstelle von Natrium-Ionen-Batterien ist die geringere Energiedichte, was vor allem am Anoden-Material des Akkus liegt. Das Anoden-Material soll möglichst viele positive Natrium-Ionen speichern, um effizient zu sein.

Bei den Natrium-Ionen-Akkus werden bisher sogenannte Hard Carbons verwendet, in deren Poren und Gängen sich aber nicht nur Natrium-Ionen einlagern können, sondern auch Elektrolyt, eine ionenleitende Flüssigkeit im Innern der Batteriezelle. Das führt zu Verlusten der Speicherkapazität und beeinträchtigt die Effizienz. Die BAM erforscht alternatives Anoden-Material, um diesen Nachteil auszugleichen.

Entwicklung von Natrium-Ionen-Akkus: Chinesische Unternehmen haben die Nase vorn

Autobatteriehersteller aus China scheinen schon weiter zu sein. CATL will noch in diesem Jahr mit der Serienproduktion der neuen Batteriezellen beginnen, die das chinesische Unternehmen 2021 zum ersten Mal vorstellte. CATL benutzt als Kathodenmaterial Preußisch Weiß, als Anodenmaterial kommen Hard Carbons zum Einsatz. Zu den bereits genannten Vorteilen soll der neue Akku Unternehmensangaben zufolge innerhalb von 15 Minuten zu 80 Prozent geladen sein und auch bei minus 20 Grad Celsius 90 Prozent der Energie behalten. Reichweiten von 300 bis 500 Kilometern sollen möglich sein.

Neue Akku-Technologie vor Serieneinsatz: Kommt jetzt der endgültige Durchbruch für E-Autos?

Foto © Sehol

Noch einen Schritt weiter ist der chinesische Akkuhersteller Hina. Erst vor kurzem hat Sehol, eine Marke von JAC-Volkswagen, in China für Aufsehen gesorgt, den Prototyp eines Elektroautos mit dessen Natrium-Ionen-Akku vorgestellt. Das Kleinauto soll eine Reichweite von 250 Kilometern haben.

Ein weiterer Spieler in diesem Geschäft ist BYD, der chinesische Akku- und Elektroautohersteller will im zweiten Quartal 2023 mit der Massenproduktion von Natrium-Ionen-Akkus für die Kleinmodelle Qin, Dolphin und Seagull beginnen. Und der ebenfalls chinesische Hersteller Farasis will bald die Renault-Tochter Jiangling Motors Electric Vehicle (JMEV) mit Natrium-Ionen-Akkus für das Model EV3 beliefern.

Natrium-Ionen-Akku vs. Lithium-Ionen-Akkus: Beide Technologien werden wohl nebeneinander existieren

Auch wenn Natrium-Ionen-Akkus immer mehr in Mode kommen, werden die Lithium-Ionen-Akkus weiterhin ihre Daseinsberechtigung haben. Ein Vorteil ist, dass Lithium leichter als Natrium ist. Wie die bereits angekündigten Modelle zeigen, kommen Natrium-Ionen-Akkus vor allem in günstigeren Elektroauto-Modellen zum Einsatz. In diesem Bereich könnten Natriumbatterien den Lithium-Ionen-Akkus mit Eisenphosphat an der Kathode den Rang ablaufen, da sie genauso gut, aber billiger sind. Eisenphosphat-Batterien haben sich in den letzten Jahren aus Kostengründen verbreitet, von Kleinwagen bis zu Mittelklasse wie dem Tesla Model 3.

In den oberen Fahrzeugsegmenten hingegen dominieren weiter Lithium-Ionen-Akkus, die die teuren, leistungsstarken, aber auch umweltfeindlichen Materialien Nickel und Kobalt verwenden. Mit ihnen sind Reichweiten von 1000 Kilometern und mehr werden möglich. Allerdings wird diese Technologie wohl Oberklasse-Modellen vorbehalten bleiben.