Droht mit dem Aufkommen der Natrium-Ionen-Batterien ein „Krieg der drei Königreiche“ der Power-Batterien?

CATL bringt die erste Generation von Natrium-Ionen-Batterien auf den Markt. Können sich Natrium-Ionen-Batterien im Wettbewerb mit ternären Lithium-Batterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien durchsetzen? Wird es auf dem Markt für Power-Batterien zu einem „Krieg der drei Königreiche“ kommen?

Geschrieben von Reporter Zhao Tianyu. Herausgegeben von Chen Yongjie

Redakteurin für Neue Medien/Nie Shufang

Interviewexperten

Zhang Qiang (Professor für Chemieingenieurwesen, Tsinghua-Universität)

Yu Zhenhua (Vorsitzender der Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance)

Yang Jun (Professor, School of Chemical Engineering, Shanghai Jiao Tong University)

„80 % Ladung in 15 Minuten, keine Degradation der Batterie bei minus 20 Grad.“ Vor nicht allzu langer Zeit veranstaltete CATL, der führende Hersteller von Power-Batterien, eine Pressekonferenz zur Einführung seiner ersten Generation von Natrium-Ionen-Batterien. Viele Leute riefen direkt: CATL wird Elektrofahrzeuge neu erfinden!

▲ CATL bringt Natrium-Ionen-Batterie auf den Markt (Fotoquelle: Visual China)

Können sich Natrium-Ionen-Batterien von ihren Konkurrenten wie ternären Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien abheben, den Trend anführen und zur nächsten Generation der Batterietechnologie werden?

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Warum ist es so schwierig, Science-Fiction Wirklichkeit werden zu lassen?

Etwas überraschend ist, dass das Konzept der Natriumbatterie erstmals 1870 vom französischen Science-Fiction-Autor Jules Verne in seinem berühmten Science-Fiction-Roman „Zwanzigtausend Meilen unter dem Meer“ vorgeschlagen wurde.

Im Roman gewinnt die Nautilus Natriumelektrolyt aus Meerwasser und stellt Natriumbatterien her, die als Energiequelle für ihren Antrieb dienen, da Natrium aus Meerwasser gewonnen wird und eine lokale Ressource ist.

Die im Buch vorhergesagten Elektroschockpistolen, Taucheranzüge und Unterwassertunnel wurden alle nach und nach realisiert, doch bei den U-Booten mit Natriumbatterien gab es kaum Fortschritte. Erst in den 1970er Jahren, mit dem Beginn der dritten industriellen Revolution, wurden Natrium-Ionen-Batterien wirklich entwickelt. Gleichzeitig mit der Natriumbatterie wurde auch die Lithiumbatterie geboren, die den Menschen heute bestens vertraut ist.

Mittlerweile sind mehr als 40 Jahre vergangen und Lithiumbatterien werden seit langem breit in der Produktion und im Alltag eingesetzt und sind insbesondere zum Kernprodukt von Fahrzeugen mit alternativer Energie geworden. Allerdings verlief die Entwicklung der Natriumbatterien nicht reibungslos. Lange Zeit wurden sie nur in geringem Umfang in Speicherkraftwerken und langsamen Fahrzeugen eingesetzt. Erst 2011 versuchte ein Unternehmen, das Produkt zu kommerzialisieren.

Eine Natriumbatterie ist, wie der Name schon sagt, eine Batterie, die Natriumionen als Antriebskraft verwendet. Eine Power-Batterie, die Ladung bewegt, indem sie Natriumionen zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie „hin und her laufen“ lässt. Aufgrund ihrer mangelhaften „Qualität“ gerieten sie in Vergessenheit und landeten in der Ecke.

Warum wurden Natrium-Ionen-Batterien vernachlässigt? Dies hängt tatsächlich direkt mit seinen chemischen Eigenschaften zusammen. Tatsächlich ist das Funktionsprinzip einer Natrium- oder einer Lithiumbatterie ähnlich: An der Kathode der Batterie verliert das Element Elektronen und verwandelt sich in höherwertige Ionen, die dann in den Elektrolyten gelangen, die Membran passieren und zur Anode weitergeleitet werden. Während Ionen den Elektrolyten und die Membran passieren können, ist dies für Elektronen nicht möglich. Sie können nur vom externen Stromkreis zur Anode laufen und außerhalb arbeiten. Auf diese Weise entlädt sich die Batterie.

Das Atomgewicht von Lithium beträgt 6,94, es ist das leichteste aller Metalle. das Standardelektrodenpotential von Lithium beträgt -3,045 V, das niedrigste unter den Metallen; Darüber hinaus ist die spezifische Kapazität von Lithium auch die höchste unter den Metallen, während sein elektrochemisches Äquivalent das kleinste ist.

Damit lässt sich bei Lithiumbatterien theoretisch die maximale Energiedichte erreichen. Wenn man im Batteriebereich von Sicherheits- und Kostenfaktoren absieht, ist die Energiedichte das entscheidende Kriterium – Lithiumbatterien sind in den Augen der Forscher die erste Wahl.

Wenn Sie jedoch das Periodensystem in einem Chemielehrbuch aufschlagen, ist Natrium das Metallelement, das Lithium am nächsten kommt. Sie stehen beide in der ersten Spalte des Periodensystems, haben in ihren äußersten Schichten die gleiche Anzahl an Elektronen und ähnliche chemische Eigenschaften, sodass sie beide als Ladungsträger fungieren und das Laden und Entladen von Batterien steuern können.

Allerdings weisen Natrium-Ionen-Batterien auch offensichtliche Mängel auf. Der erste davon ist die unzureichende Energiedichte. Das Atomgewicht von Lithium beträgt 7 und das Atomgewicht von Natrium 23. Je kleiner das Atomgewicht, desto höher die Energiedichte.

▲Natrium-Ionen-Batterien waren einst vergessen (Fotoquelle: Visual China)

Dies führt dazu, dass die Energiedichte von ternären Lithiumbatterien bereits über 200 Wh/kg (Wattstunden pro Kilogramm, eine Einheit spezifischer Energie) liegt, die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien jedoch nur 100-150 Wh/kg beträgt. Auch wenn die Energiedichte der derzeit von CATL auf den Markt gebrachten Natrium-Ionen-Batterien 160 Wh/kg erreichen kann, ist auch hier der Unterschied zu Lithium-Ionen-Batterien deutlich, was zu einer deutlich geringeren Batterienutzungseffizienz führt.

Zweitens ist der Radius von Natriumionen 70 % größer als der von Lithiumionen, was ihre Bewegung extrem langsam macht und sie daran hindert, das Graphitmaterial der negativen Elektrode zu durchdringen. Dies ist auch zu einem Engpass geworden, der die Kommerzialisierung von Natrium-Ionen-Batterien verhindert hat.

Infolgedessen schlugen Lithium-Ionen-Batterien und Natrium-Ionen-Batterien in den 1980er Jahren, als Wissenschaft und Technologie noch nicht weit entwickelt waren, völlig unterschiedliche Wege ein: Erstere wurden schnell kommerzialisiert und wurden zu einem unverzichtbaren Artikel auf dem Verbrauchermarkt, während letztere völlig stagnierten.

Die heute von CATL auf den Markt gebrachte Natrium-Ionen-Batterie hat dazu geführt, dass mehr Menschen diese „unglückselige“ Technologie kennenlernen und der zukünftigen Entwicklung von Power-Batterien einen starken „potenziellen Konkurrenten“ hinzugefügt.

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Die Hassliebe zwischen Lithium und Natrium

Aber realistisch betrachtet sind Natriumbatterien nicht völlig nutzlos. Sie haben zwei Vorteile, mit denen Lithiumbatterien nicht mithalten können.

Zunächst einmal sind die Lithiumressourcen, was die Reserven betrifft, begrenzt. Daten zeigen, dass derzeit 70 % der Lithiumressourcen in Südamerika verteilt sind, während 80 % der Lithiumressourcen meines Landes derzeit auf Importe angewiesen sind. Mit der steigenden Nachfrage ist auch der Lithiumpreis in die Höhe geschossen, von anfänglich 38.000 Yuan pro Tonne auf 160.000 Yuan pro Tonne.

Zuvor hatte Chen Liquan, Mitglied der Chinesischen Akademie der Ingenieurwissenschaften, klar zum Ausdruck gebracht, dass es nicht genügend Lithium geben werde und über neue Batterien nachgedacht werden müsse, wenn alle Autos der Welt Lithium-Ionen-Batterien verwenden würden und der gesamte Strom der Welt in Lithium-Ionen-Batterien gespeichert würde.

▲Liste der weltweit installierten Kapazität von Strombatterien im ersten Halbjahr 2021 (Fotoquelle/Visual China)

Die Natriumreserven sind sehr hoch. Allein im chinesischen Qarhan-Salzsee belaufen sich die Natriumchloridreserven auf 42,62 Milliarden Tonnen, was etwa dem Hundertfachen der weltweiten Lithiumreserven entspricht. Man kann sagen, dass Natriumressourcen eine sehr „hervorragende“ „nicht erneuerbare Energie“ sind.

Zweitens ist die Energiedichte von Natriumionen im Hinblick auf die Gebrauchseigenschaften zwar nicht gut, ihre chemischen Eigenschaften sind jedoch relativ stabil, sodass sie nicht temperaturempfindlich sind und nicht so leicht harte Dendriten bilden wie Lithiumdendriten. Darüber hinaus bietet es im Vergleich zu ähnlichen Lithium-Ionen-Batterien klare Vorteile hinsichtlich Kältebeständigkeit und Sicherheit.

Solange sich Natriumionen in der Batterie frei bewegen können, besteht theoretisch Hoffnung, das Problem der geringen Energiedichte von Natriumbatterien zu lösen, und Natriumbatterien haben die Chance, Lithiumbatterien einen „Gegenangriff“ zu ermöglichen. Vor dem Hintergrund des verschärften internationalen Wettbewerbs, der globalen Energiewende, der Reduzierung der Kohlendioxidemissionen und der Kohlenstoffneutralität bietet die Entwicklung einer neuen Produktlinie wie Natriumbatterien zahlreiche politische und wirtschaftliche Vorteile.

Dies könnte die ursprüngliche Absicht von CATL sein, Natriumbatterien „wiederzubeleben“.

Der Reporter erfuhr, dass die positive Elektrode bestehender Natrium-Ionen-Batterien im Allgemeinen aus zwei Arten von Materialien besteht: Preußischweiß und Schichtoxid. Obwohl Natriumionen durchdringen können, nimmt die Batteriekapazität während des Zyklus schnell ab, was zu einem erheblichen Abfall der Batterieenergiedichte führt, was sehr kurzlebig ist.

So entstand die von CATL entwickelte Natriumbatterie mit einer brandneuen Idee: Die Ladungsumlagerung in der Materialstruktur löste das Problem des schnellen Kapazitätsverlusts von Berliner Weiß während des Zyklus. Im Hinblick auf die Materialien für die negative Elektrode wurde ein hartes Kohlenstoffmaterial mit einer einzigartigen Porenstruktur entwickelt, das die Eigenschaften einer hohen spezifischen Kapazität, einer einfachen Interkalation und Deinterkalation sowie einer ausgezeichneten Zyklisierung aufweist, und die entsprechenden Elektrolyte sind für die Materialien für die positive und negative Elektrode optimiert.

▲ Diagramm des Funktionsprinzips einer Natrium-Ionen-Batterie (Fotoquelle/Visual China)

Auf diese Weise können sich Natriumionen frei zwischen der positiven und der negativen Elektrode bewegen, ohne dass ihre Energie übermäßig abgeschwächt wird. Darüber hinaus kann die Produktionslinie für Lithium-Ionen-Batterien auch zur Herstellung von Natriumbatterien genutzt werden, was die Kosten effektiv kontrolliert.

Laut den von CATL veröffentlichten Daten hat die „neugeborene“ Natrium-Ionen-Batterie nach der technologischen Optimierung eine Einzelzellen-Energiedichte von 160 Wh/kg erreicht und erreicht damit fast den Standard von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (150–210 Wh/kg). Nach 15 Minuten Ladezeit bei Raumtemperatur kann der Akku 80 % seiner Kapazität erreichen; und in einer Umgebung von -20 °C unter Null liegt die Entladungsrückhalterate immer noch bei über 90 %. Gleichzeitig kann die Effizienz der Systemintegration über 80 % erreichen.

Die Schlüsselwörter „Schnellladung“, „niedrige Temperaturbeständigkeit“ und „hohe Integrationseffizienz“ treffen direkt die aktuellen Schwachstellen von Lithiumbatterien und geben zugleich Anlass zur Hoffnung auf eine Lösung des Ausdauerproblems von Fahrzeugen mit neuer Energie sowie zu neuen Entwicklungsideen für die Zukunft von Antriebsbatterien.

▲Power-Batterie-Wettbewerb (Bild von Chai Qingyan, klicken Sie auf das Bild, um es zu vergrößern)

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Niedrige Energiedichte bleibt ein Problem

Gehen wir eineinhalb Jahre zurück. Im April 2020 brachte BYD sein Blade-Batterieprodukt auf vielbeachtete Weise auf den Markt, in der Hoffnung, Lithium-Eisenphosphat-Batterien in Bezug auf „Ausdauer“ und „Sicherheit“ neu zu gestalten und die gesamte Strombatteriebranche zu verändern.

Tatsächlich verlängern Blade-Batterien zwar die Batterielebensdauer, können die Auswirkungen niedriger Temperaturen jedoch nicht vermeiden. Einige Verbraucher berichten sogar, dass ihre Kältebeständigkeit nicht so gut sei wie die von ternären Lithiumbatterien. Viele Branchenkenner wiesen zudem darauf hin, dass bei Blade-Batterien lediglich extreme Optimierungen hinsichtlich der Volumenausnutzung vorgenommen wurden und keine wirklich innovativen Materialien zum Einsatz kamen.

Dies ähnelt stark der Natriumbatterie, die CATL kürzlich mit großem Interesse auf den Markt gebracht hat.

Nach Ansicht von Zhang Qiang, Professor für Chemieingenieurwesen an der Tsinghua-Universität, besteht das größte Problem der Natrium-Ionen-Batterien darin, dass sie das Problem der geringen Energiedichte noch immer nicht gelöst haben.

Zhang Qiang erklärte, dass sich die Energiedichte ternärer Lithiumbatterien im Bereich der Personenkraftwagen dem Ziel von 300 Wh/kg oder sogar mehr nähere. Im Vergleich dazu beträgt die Energiedichte von Natriumbatterien nur die Hälfte und der Abstand zu Lithiumbatterien ist immer noch recht deutlich. Obwohl im Vergleich zu sich selbst Fortschritte erzielt wurden, ist die Energiedichte im Gesamtumfeld immer noch relativ gering. „Obwohl das Energiedichteziel für die nächste Generation von Natriumbatterien bei 200 Wh/kg liegt, lässt sich der Zeitaufwand für diesen Forschungs- und Entwicklungsprozess derzeit nur schwer abschätzen.“

Daher hat CATL für die diesmal auf den Markt gebrachte Natrium-Ionen-Batterie eine AB-Batterielösung bereitgestellt, d. h., das Natrium-Ionen-Modul und das Lithium-Ionen-Modul werden in einem bestimmten Verhältnis im selben Batteriepack gekapselt, wodurch das Ziel „eine Maschine, zwei Verwendungsmöglichkeiten“ erreicht wird, eine neue Lithium-Natrium-Batterie geschaffen wird und mehr Anwendungsszenarien geschaffen werden.

▲Anwendungsszenarien von Natrium-Ionen-Batterien (Fotoquelle/Visual China)

Allerdings ist diese technische Lösung mit doppeltem Verwendungszweck eher eine Rechtfertigung des Unternehmens: Diese Lösung wurde noch nie zuvor bei einem gängigen Fahrzeugmodell mit neuer Energie angewendet, und selbst die Methode, ternäre Lithium- und Lithium-Eisenphosphat-Lithiumbatterien zu mischen, ist nie aufgetaucht. Für Personenkraftwagen der mittleren bis oberen Preisklasse, die eine extrem lange Batterielebensdauer und eine extrem hohe Energiedichte benötigen, könnten Lithium-Eisenphosphat-Batterien, ternäre Lithiumbatterien und sogar zukünftige Festkörperbatterien die gängige Wahl sein.

„Solange die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien nicht deutlich verbessert werden kann, werden Natriumbatterien im Pkw-Bereich kaum Anwendung finden. Das erste Anwendungsszenario dürfte im Bereich der Energiespeicherung liegen“, sagte Yu Zhenhua, Vorsitzender der Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance.

Aber auch im Bereich der Energiespeicherung gibt es auf dem Weg zur Industrialisierung von Natriumbatterien viele Probleme, die gelöst werden müssen: Obwohl Meerwasser und Salzseen reichlich Natrium enthalten, ist die entsprechende Extraktionstechnologie in meinem Land noch nicht ausgereift und es dauert eine gewisse Zeit, bis vor- und nachgelagerte Industrien aufgebaut sind. Zwar ist der Preis von Natrium niedriger als der von Lithium, allerdings bedeutet die geringere Energiedichte mehr Hilfsstoffe und Herstellungskosten. Entsprechenden experimentellen Berechnungen zufolge betragen die Hilfsmaterial- und Herstellungskosten von Natrium-Ionen-Batterien knapp 75 %.

„Ohne den Aufbau einer vernetzten vor- und nachgelagerten Industriekette ist es nicht einfach, die Kosten für Natriumbatterien zu kontrollieren.“ Yang Jun, Professor an der Fakultät für Chemieingenieurwesen der Shanghai Jiao Tong University und stellvertretender Direktor des Instituts für Energie und Technologie, glaubt, dass es beim derzeitigen Umfang noch zwei bis drei Jahre oder sogar länger dauern könnte, bis wirklich marktorientierte und industrialisierte Natriumbatterieprodukte entwickelt werden.

Obwohl es einige Zeit dauern wird, bis Natrium-Ionen-Batterien in großem Maßstab produziert werden können, ist es sicher, dass der Einzug von Natrium-Ionen-Batterien in den Pkw-Bereich eine Möglichkeit darstellt, die Reichweite von Leistungsbatterien zu erweitern und die Auswirkungen von Rohstoffpreisschwankungen zu verringern. Unabhängig davon, ob der Weg zur Industrialisierung erfolgreich ist, hat er angesichts der steigenden Vorleistungspreise für Lithiumbatterien Alarm geschlagen und zudem weitere Ideen und Methoden für die Energieumwandlung und die Entwicklung mehrerer Technologiewege hervorgebracht.

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Lithium-Eisenphosphat-Batterie erlebt „Wende“

Während Natriumbatterien einen viel beachteten Vorstoß in den Bereich der Leistungsbatterien unternehmen, hat ein weiteres Phänomen die Aufmerksamkeit von Brancheninsidern auf sich gezogen: Das Marktanteilsverhältnis zwischen ternären Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien hat sich still und leise verschoben, was sehr interessant ist.

Lithium-Eisenphosphat-Batterien und ternäre Lithium-Batterien sind die beiden gängigsten Batterien auf dem aktuellen Markt. Manche Leute glauben, dass es sich im Wesentlichen um Lithiumbatterien handelt, aber es gibt Unterschiede in der Materialstruktur: Lithiumeisenphosphatbatterien verwenden Lithiumeisenphosphat als positive Elektrode; Ternäre Lithiumbatterien werden auch ternäre Polymer-Lithiumbatterien genannt, die hauptsächlich aus Nickel-Kobalt-Aluminium oder Nickel-Kobalt-Mangan als positive Elektrode bestehen.

Es gibt jedoch auch die Ansicht, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien im Wesentlichen Eisenbatterien und keine echten Lithiumbatterien sind. Daher besteht zwischen den beiden hinsichtlich Energiedichte, Sicherheit usw. eine große Lücke.

Die PO-Bindungen in Lithiumeisenphosphatkristallen sind stabil und schwer zu zersetzen. Der Zündpunkt liegt über 500°C. Selbst bei hohen Temperaturen oder Überladung kollabiert es nicht und erzeugt keine Hitze wie Lithiumkobaltoxid und bildet auch keine stark oxidierenden Substanzen. Daher weisen Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine bessere Stabilität auf, weisen jedoch auch offensichtliche Nachteile auf, nämlich eine langsame Wärmeabgabe, eine geringe Wärmeentwicklung und eine geringe Energiedichte. Sie müssen ihr Lautstärkeverhältnis erhöhen, um eine längere Akkulaufzeit zu erreichen.

Obwohl Lithium-Eisenphosphat-Batterien in der traditionellen Wahrnehmung eine bessere Sicherheitsleistung und größere Kostenvorteile aufweisen, sind ternäre Lithiumbatterien hinsichtlich der Energiedichte und der Reichweite überlegen. Daher sind ternäre Lithiumbatterien trotz der häufigen Selbstentzündung von Elektrofahrzeugen durch Lithiumbatterien seit langem immer noch die Favoriten auf dem Markt.

Daten zeigen, dass der Marktanteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien im Jahr 2017 49,6 % betrug, 2018 jedoch auf 37,8 % und 2019 weiter auf 32 % sank. Mit Ausnahme von Nutzfahrzeugen werden mittlerweile in fast allen Personenkraftwagen ternäre Lithiumbatterieprodukte verwendet.

Gerade als man dachte, Lithium-Eisenphosphat-Batterien stünden kurz vor dem „eleganten Aus“, nahm die Situation eine dramatische Wendung: Zunächst hörte der Marktanteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien auf zu sinken und erholte sich, vom Tesla Model 3 und Model Y bis hin zu BYD Han, Xiaopeng P5 usw. begannen immer mehr Autohersteller, Modelle mit Lithium-Eisenphosphat-Batterien auf den Markt zu bringen.

▲Der Unterschied zwischen ternären Lithiumbatterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien hinsichtlich der verwendeten Materialien (Fotoquelle/Visual China)

Im Jahr 2021 hat sich der Marktanteil von Lithium-Eisenphosphat-Batterien weiter erhöht. Von Januar bis Mai dieses Jahres erreichte die Inlandsproduktion von Lithium-Eisenphosphat-Batterien 29,9 GWh und übertraf damit erstmals seit fast drei Jahren die Produktion von ternären Lithiumbatterien. Dieser disruptive Wandel hat in der Branche große Aufmerksamkeit erregt.

Wang Jingzhong, stellvertretender Vorsitzender der China Battery Industry Association, analysierte, dass Lithium-Eisenphosphat-Batterien hinsichtlich der Sicherheit und anderer Aspekte schon immer eine bessere Leistung gezeigt hätten als ternäre Lithiumbatterien. Durch den technologischen Fortschritt der letzten Jahre konnten nicht nur die Energiedichte und Reichweite verbessert, sondern auch die Kosten deutlich gesenkt werden, was eine zuverlässigere Grundlage für die Trendwende bei Lithium-Eisenphosphat-Batterien darstellt.

Daher hat sich mit dem Aufkommen der Natriumbatterien die Aufmerksamkeit der Menschen in eine neue Richtung verlagert: Ist es möglich, dass dieser Typ von Power-Batterie, der technischen Faktoren unterliegt, in Zukunft wie Lithium-Eisenphosphat-Batterien eine „Wende“ durchmacht und den „Kampf zwischen Drachen und Tigern“ im Power-Batterie-Bereich in „Drei Königreiche“ verwandelt?

Natriumbatterien aus der Sicht von Experten>>>

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Natrium-Ionen-Batterien haben viele Zukunftschancen

Gan Zizhao, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Professor an der Fakultät für Physik der Peking-Universität (Foto: Zhang Xinghai)

Als Batterien für Fahrzeuge mit neuer Energie werden in der Industrie derzeit häufig Lithiumbatterien verwendet, Natriumbatterien sind dagegen relativ selten. Dennoch haben Natriumbatterien gegenüber Lithiumbatterien gewisse Vorteile. Das Material der negativen Elektrode von Lithiumbatterien ist Kupfer, während das von Natriumbatterien Aluminium ist. Der Preis für Aluminium ist wesentlich niedriger als für Kupfer, daher bieten sich für Natriumbatterien in der Zukunft viele Möglichkeiten.

Wenn wir uns eingehender mit dem Thema Batterien befassen, wird unser Verständnis der modernen Festkörperphysik in Frage kommen. In Batterien erfolgt die Leitung über Ionen. Mit der Entwicklung der Festkörperphysik wird unser Verständnis der Ionenleitung klarer, was letztendlich zu Fortschritten in der Batterieindustrie führen wird, was wiederum einen großen Fortschritt in der Branche der mit neuer Energie betriebenen Fahrzeuge darstellt.

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Es gibt keine Substitutionsbeziehung zwischen Natriumbatterie und Lithiumbatterie

Zhang Qiang, Professor für Chemieingenieurwesen an der Tsinghua-Universität

Vor dem Hintergrund der Befürwortung von Energieeinsparung, Emissionsreduzierung und Kohlenstoffspitzen sowie der Nachfrage des Landes nach Energiespeichern, sei es Lithium-Eisenphosphat-, ternäre Lithium- oder Natriumbatterien, ist ihre Existenz sinnvoll. Allerdings haben Natriumbatterien und Lithiumbatterien unterschiedliche Marktsegmente und jede hat ihre eigenen Aufgaben und Anwendungsbereiche. Wer wen ersetzen wird, steht derzeit außer Frage.

Insbesondere Lithium-Ionen-Batterien verfügen über eine hohe Energiedichte, sodass ihre Vorteile in mobilen Szenarien, wie beispielsweise Personenkraftwagen, stärker zum Tragen kommen. Natrium-Ionen-Batterien verfügen nicht über eine so hohe Energiedichte und eignen sich möglicherweise besser für die stationäre Energiespeicherung, beispielsweise in Energiespeicherstationen. Außerdem müssen Sie auf den spezifischen Modelltyp, regionale Unterschiede in der Nutzung usw. achten. Beispielsweise unterscheiden sich die in Harbin verwendeten Batterien deutlich von denen auf der Insel Hainan.

Mit der Transformation des Energiesektors wird die Nachfrage nach Batterien künftig nur noch steigen und nicht sinken, und es wird zu einem Zustand kommen, in dem das Angebot die Nachfrage übersteigt. Aus dieser Perspektive wird der Markt, egal ob es sich um eine Natriumbatterie oder eine Lithiumbatterie handelt, definitiv dem Grundsatz folgen: „Verwenden Sie die Batterie, die besser gemacht werden kann, und verwenden Sie die, die besser ist.“ Egal ob die Katze schwarz oder weiß ist, solange sie Mäuse fängt, ist sie eine gute Katze.

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Natriumbatterien müssen ihren „technischen Inhalt“ verbessern

Yu Zhenhua, Vorsitzender der Zhongguancun Energy Storage Industry Technology Alliance

Natriumbatterien stecken derzeit noch in den Kinderschuhen. Aus akademischer Sicht gibt es für Natrium-Ionen-Batterien keinen einheitlichen technischen Ansatz, und die beteiligten Unternehmen befinden sich in einer Phase, in der sie „den Fluss überqueren, indem sie die Steine ​​ertasten“. In der Branche werden die Batterien von CATL nicht in Massenproduktion hergestellt und selbst das Versorgungssystem für wichtige Materialien ist nicht solide.

Natriumbatterien haben in der Zukunft noch einen langen Weg vor sich. Im Pkw-Bereich werden Natriumbatterien aufgrund der Energiedichte kurzfristig nicht mit Lithiumbatterien konkurrieren können und müssen ihren „technischen Inhalt“ verbessern.

Im Bereich der Energiespeicherbatterien sind Lithium-Eisenphosphat-Batterien derzeit der wichtigste technische Ansatz für Energiespeicherbatterien. Die Lücke in der Energiedichte zwischen Natrium-Ionen-Batterien und Lithium-Eisenphosphat-Batterien hat sich stark verringert. Wenn die Technologie in Zukunft ausgereifter ist, könnte der Markt also einige differenzierte Optionen bieten, was auch eine Chance für Natrium-Ionen-Batterien darstellt.

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Natriumbatterien können noch nicht in Massenproduktion hergestellt werden und müssen auf dem Markt getestet werden

Yang Jun, Professor der Fakultät für Chemieingenieurwesen und stellvertretender Direktor des Instituts für Energie und Technologie der Shanghai Jiao Tong University

Die Energiedichte der jetzt auf den Markt gebrachten Natriumbatterien hat über 160 Wh/kg erreicht. Diese Zahl ist ziemlich hoch und der Fortschritt ist sehr deutlich. Allerdings muss beachtet werden, dass dies nicht bedeutet, dass diese Batterie bereits in Massenproduktion hergestellt werden kann. Im Gegenteil, bis zur tatsächlichen Markteinführung können noch zwei bis drei Jahre vergehen. Unabhängig davon, ob das Produkt nach seiner Markteinführung im Bereich Energiespeicherung oder im Pkw-Bereich eingesetzt wird, muss es vom Markt getestet werden, um festzustellen, ob es sich um ein Produkt handelt, das die Nachfrage erfüllt.

Was den Anteil ternärer Lithium- und Lithium-Eisenphosphat-Batterien betrifft, sind spezifische Analysen erforderlich. Ihre Nutzungsszenarien sind unterschiedlich. Es gibt Kostenfaktoren und Sicherheitsfaktoren. Beispielsweise muss die Batterie für Drohnen eine sehr hohe Energiedichte aufweisen, und Lithium-Eisenphosphat-Batterien sind dafür nicht geeignet. Dieser Aspekt ist also tatsächlich schwer vorherzusagen.

▲Titelbild der Beijing Science and Technology News vom 23. August 2021

Produziert von: Science Central Kitchen

Produziert von: Beijing Science and Technology News | Science Plus-Kunde

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