Kann die Natriumbatterie von CATL, die bei ihrem Debüt alle beeindruckte, die heimische Automobilindustrie in eine neue Ära führen?

Die Batterietechnologie hat die Entwicklung der globalen Smart-Car-Industrie schon immer stark eingeschränkt. Mit der Einführung der Natriumbatterie von CATL scheint sich jedoch alles zu ändern.

Batteriebetriebene Smart Cars stellen sehr hohe Anforderungen an die Batterieleistung. Bei einem Fahrzeug als Fortbewegungsmittel ist die Akkulaufzeit schon immer einer der Parameter gewesen, die den Verbrauchern am wichtigsten sind, und die Fahrszenarien der Verbraucher sind komplex und vielfältig. Dies erfordert von den Automobilherstellern nicht nur, dass die Energiedichte der Batterie hoch genug ist, sondern auch, dass die Entladeeffizienz der Batterie in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen stark genug ist.

Da intelligente Autos zudem einen direkten Einfluss auf die Sicherheit der Verbraucher haben, müssen die Automobilhersteller auch sicherstellen, dass die Batterien auch in Extremsituationen noch eine gute Sicherheitsleistung aufweisen.

Angesichts der vielen auftretenden Widersprüche schien die Situation an einem Punkt angelangt zu sein, an dem sie nur noch schwer zu lösen war.

Tatsächlich konnte über viele Jahre hinweg keine Batterie diese Anforderungen intelligenter Autos perfekt erfüllen. Auch wenn die Verkaufszahlen von Smart-Autos derzeit steigen, gibt es immer noch viele Verbraucher, die den Kauf eines Smart-Autos strikt ablehnen. Gründe hierfür sind beispielsweise die kurze Akkulaufzeit im Winter oder die mangelnde Batteriesicherheit.

Vor nicht allzu langer Zeit könnte CATLs weltweit erste Natriumbatterietechnologie einen Hoffnungsschimmer auf Fortschritte in der derzeit peinlichen Situation intelligenter Autos bieten.

Natriumbatterien haben offensichtliche Vorteile, aber es wird einige Zeit dauern, bis sie populär werden

Auf dem heutigen Markt für Smart-Car-Akkus sind ternäre Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien eindeutig der Mainstream des Marktes. Laut Marktdaten aus dem Jahr 2020 machten ternäre Lithiumbatterien 72,87 % des Marktes aus und Lithiumeisenphosphatbatterien 22,93 %.

Obwohl ternäre Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien einen sehr hohen Marktanteil haben, bedeutet dies nicht, dass ihre Parameter das Extrem erreicht haben. Aufgrund der Eigenschaften von Lithiummaterialien ist die Entladeeffizienz beider Batterien bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu der bei normalen Temperaturen erheblich reduziert, was die Verfügbarkeit von Fahrzeugen mit diesen beiden Batterien erheblich einschränken wird.

Daten zu Natriumbatterien lassen jedoch darauf schließen, dass bei ihnen nicht dieselben Probleme auftreten wie bei Lithiumbatterien. In einer Umgebung mit niedrigen Temperaturen von minus 20 °C kann die Entladeeffizienz von Natriumbatterien immer noch bis zu 90 % betragen, während Lithium-Eisenphosphat-Batterien nur 54 % erreichen können und ternäre Lithiumbatterien etwas besser sind, aber nur 70 % erreichen können. Dies zeigt, dass die Ausdauerleistung von Smart Cars mit Natriumbatterien in Niedertemperaturbereichen erheblich besser sein kann als die von Smart Cars mit ternären Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien.

Gleichzeitig verfügt die von CATL auf den Markt gebrachte Natriumbatterie nicht nur über eine höhere Entladeeffizienz, sondern bietet auch eine gute Schnellladeleistung. Den offiziellen Daten der Pressekonferenz zufolge kann die Natriumbatterie der ersten Generation in 15 Minuten zu 80 Prozent aufgeladen werden. Eine derart effiziente Entladeeffizienz in Kombination mit einer Schnellladung kann die Ausdauerleistung von Smart Cars pro Zeiteinheit deutlich verbessern und das Fahrerlebnis deutlich steigern.

Mit der steigenden Zahl an Smart-Autos hat in den letzten Jahren auch die Sicherheit in der Öffentlichkeit an Bedeutung gewonnen. Aus den entsprechenden Daten geht hervor, dass es zwischen 2011 und 2019 127 Explosions- und Brandunfälle mit Smart-Autos gab. Davon entfielen bis zu 70 % auf reine Elektromodelle, und die meisten Vorfälle wurden durch Probleme mit den Antriebsbatterien verursacht.

Dass Power-Akkus in Smart-Autos Explosionen und Brände verursachen können, liegt technisch gesehen nicht an einer mangelhaften Akkuqualität, sondern daran, dass die Hersteller die Energiedichte der Power-Akkus blind erhöhen.

Nehmen wir als Beispiel die ternäre Lithiumbatterie, die derzeit 72 % des Marktes ausmacht. Obwohl die Energiedichte höher ist als die von Lithiumbatterien anderer Technologien, bedeutet die hohe Energiedichte auch, dass sie bei Kollisionen anfälliger für thermisches Durchgehen sind, was wiederum Brände und Explosionen in Smart Cars verursachen kann.

Die Automobilhersteller sind sich jedoch im Kontext eines branchenweiten Wettlaufs um die Ausdauer bewusst: Sie wissen, dass mit einer höheren Energiedichte der Batterie auch die Wahrscheinlichkeit von Sicherheitsproblemen steigt. Wird die Energiedichte jedoch nicht erhöht, verringert sich die Ausdauer des Autos in kalten Regionen deutlich. Daher können sie nur einen Weg einschlagen und das Sicherheitsproblem vorübergehend ignorieren.

In dieser Hinsicht sind Natriumbatterien nicht nur sicherer als Lithiumbatterien, sondern weisen auch, wie oben erwähnt, eine hohe Entladeeffizienz in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen auf. Dies liegt daran, dass die chemischen Eigenschaften von Natriumionen selbst stabiler sind als die von Lithiumionen. Am Beispiel der Natriumbatterie der ersten Generation von CATL wurde gezeigt, dass sie die Durchstoß-, Extrusions-, Überladungs- und Überentladungstests problemlos bestanden hat und zudem über gute Eigenschaften gegen Selbstentzündung und Explosion verfügt. Daher können Natriumbatterien selbst bei hoher Energiedichte im gleichen Kollisionsszenario sicherer sein.

Natürlich haben Natriumbatterien als Produkt der ersten Generation auch offensichtliche Nachteile. Die Natriumbatterie der ersten Generation von CATL weist im Vergleich zu ternären Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine erhebliche Lücke in der Energiedichte auf. Die Energiedichte der Natriumbatterie der ersten Generation beträgt nur 160 Wh/kg, während sie bei den beiden letzteren 300 Wh/kg bzw. 200 Wh/kg beträgt.

Der Hauptgrund für dieses Problem besteht darin, dass Natriumionen größer als Lithiumionen sind und daher die Energiedichte von Natriumbatterien bei gleichem Volumen geringer ist als die von Lithiumionen. Obwohl die aktuellen 160 Wh/kg der Natriumbatterien der ersten Generation für den Kurzstreckenverkehr in städtischen Gebieten ausreichen, werden Natriumbatterien bei Langstreckenfahrten definitiv nicht damit zurechtkommen. Daher sind die aktuellen Anwendungsbeschränkungen noch recht groß.

Darüber hinaus sind die Produktionskosten von Natriumbatterien als Produkt, dessen Kommerzialisierung gerade erst begonnen hat, kurzfristig deutlich höher als die von Lithium-Eisenphosphat-Batterien und sogar höher als die von ternären Lithiumbatterien. Daher ist es noch relativ schwierig, kurzfristig eine großflächige Anwendung zu erreichen, und es wird noch lange dauern, bis Natriumbatterien populär werden.

Dem von CATL angekündigten Planungsschema zufolge sind die kommerziellen Aussichten für Natriumbatterien jedoch noch immer relativ ideal. Zum Thema Energiedichte hat CATL eine integrierte Hybridlösung für Lithiumbatterien und Natriumbatterien entwickelt, die die Vorteile von Natriumbatterien und Lithiumbatterien vereint und so ein Batteriesystem bietet, das auch bei niedrigen Temperaturen eine effiziente Entladung ermöglicht und über eine hohe Energiedichte verfügt und so den aktuellen Anforderungen an die kommerzielle Nutzung von Natriumbatterien gerecht wird.

Darüber hinaus gab CATL bekannt, dass die Energiedichte der Natriumbatterie der zweiten Generation, die in Zukunft auf den Markt kommen soll, 200 Wh/kg erreichen wird, was der aktuellen Energiedichte von Lithium-Eisenphosphat-Batterien entspricht. Das einzige Hindernis für eine großflächige kommerzielle Nutzung von Natriumbatterien sind daher die derzeit hohen Produktionskosten.

Natriumbatterien verhelfen der heimischen Smart-Car-Industrie zu einer neuen Ära

Es liegt auf der Hand, dass die Einführung von Natriumbatterien erhebliche Auswirkungen auf die Strombatterieindustrie haben wird, und es ist vorhersehbar, dass der gesamte Batteriemarkt in Zukunft neu geordnet wird. Welchen Einfluss werden Natriumbatterien als erste kommerzielle Strombatterie chinesischer Unternehmen auf die Smart-Car-Industrie meines Landes haben?

Erstens bedeutet die großflächige Kommerzialisierung von Natriumbatterien auch, dass mein Land seine Abhängigkeit von Lithiummaterialien schrittweise loswerden und die allgemeine Risikoresistenz der Branche verbessern kann. Laut USGS-Daten aus dem Jahr 2020 konzentrieren sich die weltweiten Lithiumreserven derzeit auf Chile, Australien und Argentinien und machen insgesamt 75 % der weltweiten Gesamtreserven aus, während auf mein Land nur 7,1 % entfallen. Derzeit basiert die Produktion von Lithiumbatterien im Wesentlichen auf importierten Rohstoffen, und in der heutigen, zunehmend turbulenten Weltlage ist ein hoher Anteil an Rohstoffimporten kein gutes Zeichen.

Betrachtet man jedoch die Reserven an Natriumrohstoffen, so sind die weltweiten Gesamtreserven nicht nur 1.000-mal so groß wie die von Lithium, sondern sie sind auch gleichmäßig über die Regionen verteilt. Allein mit den vorhandenen Reserven meines Landes kann eine vollständige Selbstversorgung mit Natriumrohstoffen erreicht werden.

Obwohl zwischen Natriumbatterien und Lithiumbatterien kurzfristig noch eine große Lücke in der Energiedichte besteht, ist es absehbar, dass wir die „Lithiumabhängigkeit“ überwinden können, solange wir an der Strategie festhalten, Natriumbatterien und Lithiumbatterien parallel zu entwickeln. Darüber hinaus wird es die Unabhängigkeit und Autonomie der Smart-Car-Industrie meines Landes weiter stärken und ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber ausländischen Sanktionen verbessern.

Seit dem Markteintritt des aktuellen Marktführers für Smart-Cars, Tesla, in China hat das Unternehmen einen Verkaufsrausch ausgelöst, indem es aufgrund der Kostensenkung die Preise für Kernkomponenten wie Batterien kontinuierlich senkte. Es ist ersichtlich, dass sich die meisten Verbraucher beim Autokauf aktiv für Smart Cars entscheiden, solange der Preis von Smart Cars im Vergleich zu Autos der gleichen Preisklasse im Vorteil ist. Daher hat der Preisfaktor einen großen Einfluss auf den Verkauf von Smart Cars, was auch der Vorteil von Natriumbatterien ist.

Obwohl die Produktionskosten von Natriumbatterien kurzfristig hoch sind, können die Produktionskosten bei einer Ausweitung der Produktionskapazität dank der derzeit reichlich vorhandenen weltweiten Reserven und der Möglichkeit, Produktionslinien für Lithiumbatterien wiederzuverwenden, auf maximal 30–40 % der Lithiumbatterien gesenkt werden. Da die Batterie zu den Komponenten mit den höchsten Hardwarekosten bei der Produktion intelligenter Autos zählt, führt die Senkung der Batteriekosten auch zu einer Senkung des Preises des gesamten Fahrzeugs, wodurch die Schwelle zum Kauf intelligenter Autos gesenkt und ihre Verbreitung gefördert wird.

Darüber hinaus wurden die Einsatzszenarien intelligenter Autos dank der einzigartigen Vorteile von Natriumbatterien weiter erweitert. Da sich mein Land geografisch über hohe Breiten- und weite Längengrade erstreckt, ist das regionale Umfeld recht komplex. Dies bedeutet, dass Smart Cars aufgrund von Faktoren wie der Batterieentladeeffizienz und der Sicherheit bei hohen Temperaturen vielen Extremszenarien (wie großer Kälte und hohen Temperaturen) nicht standhalten können. Daher ist der potenzielle Markt nicht groß.

Mit der Einführung von Natriumbatterien mit niedriger Temperatur, hocheffizienter Entladeleistung und besserer Sicherheit kann dieses seit langem bestehende Problem jedoch gelöst werden und der potenzielle Markt für intelligente Autos wird ein großes Wachstum erzielen können. Darüber hinaus können Automobilhersteller auf Grundlage der unterschiedlichen Vor- und Nachteile dieser drei Antriebsbatterien differenzierte Modelle für unterschiedliche Zwecke entwickeln und so die Palette der Smart-Cars erweitern.

Man kann sagen, dass Natriumbatterien die Lücken in Bezug auf Batteriesicherheit und Verfügbarkeit bei niedrigen Temperaturen für intelligente Autos schließen. Solange die Energiedichte stetig verbessert und die Produktionskosten gesenkt werden können, wird die Verbreitung von Natriumbatterien nicht schwierig sein.

Insgesamt ist die von CATL auf den Markt gebrachte Natriumbatterie wirklich erstaunlich. Obwohl die Energiedichte als Produkt der ersten Generation nicht das Niveau von Lithiumbatterien erreichen kann, übertreffen die Daten zu Sicherheit und Haltbarkeit bei niedrigen Temperaturen die von Lithiumbatterien deutlich.

Die Einführung von Natriumbatterien markiert zudem den allmählichen Wandel der Smart-Car-Industrie meines Landes von „Integration“ zu „Innovation“, wodurch der Größenvorteil von Smart Cars begründet wird und traditionelle Automobilhersteller gezwungen werden, ihre Investitionen zu erhöhen. Dadurch wird meinem Land geholfen, das Ziel, Europa, die Vereinigten Staaten, Japan und Südkorea im Smart-Car-Zeitalter zu überholen, schnell zu erreichen.

Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.