- Mit Blick auf die weltweit wachsende Nachfrage nach Energiespeichersystemen hat Northvolt Natrium-Ionen-Zellen entwickelt und in den Northvolt Labs im schwedischen Västerås eine Energiedichte von über 160 Wh/kg validiert
- Die Zelle nutzt eine Hard-Carbon-Anode und eine Kathode auf Basis von Prussian White und kommt ohne Lithium, Nickel, Kobalt und Graphit aus
- Northvolt hält diese Chemie im Vergleich zu bestehenden NMC- und LFP-Chemien für sicherer, kosteneffizienter und nachhaltiger
- Die gemeinsam mit Altris entwickelte Technologie eignet sich dank Sicherheit bei hohen Temperaturen und niedriger Kosten besonders für Energiespeichermärkte in Indien, dem Nahen Osten, Afrika und weiteren Regionen
- Die erste Generation konzentriert sich auf Energiespeicher; spätere Generationen könnten mit höherer Energiedichte auch auf kosteneffiziente Elektromobilität ausgeweitet werden
Aufbau der 160-Wh/kg-Natrium-Ionen-Zelle
- Northvolt ergänzt sein Zellportfolio um Natrium-Ionen-Batterien, um den Ausbau kosteneffizienter und nachhaltiger Energiespeichersysteme zu unterstützen
- Die betreffende Zelle wurde in den Northvolt Labs im schwedischen Västerås mit einer Energiedichte von über 160 Wh/kg validiert
- Northvolt erklärt, die validierte Zelle sei sicherer, kosteneffizienter und nachhaltiger als bestehende nickel-, mangan- und kobaltbasierte NMC- sowie eisenphosphatbasierte LFP-Chemien
- Der Zellaufbau ist wie folgt
- Anode: Hard Carbon
- Kathode: Kathode auf Basis von Prussian White
- Ausgeschlossene Materialien: Lithium, Nickel, Kobalt, Graphit
- Die verwendeten Mineralien sind auf den Weltmärkten reichlich verfügbare Materialien wie Eisen und Natrium; Northvolt plant, als erstes Unternehmen Batterien auf Basis von Prussian White zu industrialisieren und auf den kommerziellen Markt zu bringen
Vorrangiger Einsatz in Energiespeichern und spätere Erweiterung
- Diese Natrium-Ionen-Technologie wurde gemeinsam mit dem Forschungspartner Altris entwickelt und soll als Grundlage für Northvolts nächste Generation von Energiespeicherlösungen dienen
- Aufgrund niedriger Kosten und Sicherheit bei hohen Temperaturen eignet sie sich besonders für Energiespeicherlösungen in künftigen Märkten wie Indien, dem Nahen Osten und Afrika
- Da sie mit lokal beschafften Materialien produziert werden kann, lässt sich damit eine von bestehenden Batterie-Wertschöpfungsketten unabhängige regionale Batteriefertigungskompetenz aufbauen
- Northvolts Natrium-Ionen-Zelle der ersten Generation ist hauptsächlich für Energiespeicher ausgelegt
- Spätere Generationen könnten eine höhere Energiedichte bieten und so auf kosteneffiziente Lösungen für Elektromobilität ausgeweitet werden
- Die Technologie ergänzt Northvolts bestehendes Produktportfolio
- Premium-Lithium-Ionen-Batteriezellen für Automobilkunden
- Sie wird neben der von Northvolts Tochter Cuberg entwickelten Lithium-Metall-Batterietechnologie für Luftfahrt und Hochleistungsfahrzeuge positioniert
1 Kommentare
Hacker-News-Meinungen
In diesem Sommer hat ein französisches Unternehmen begonnen, Elektrowerkzeuge mit Natrium-Ionen-Akku in großen Baumärkten zu verkaufen.
Mitteilung der staatlichen französischen Forschungseinrichtung: https://www.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/batteries-sodium-ion-une-pre...
Elektrowerkzeug: https://www.leroymerlin.fr/produits/outillage/outillage-elec...
Leider konnte ich zur Wh/kg-Effizienz nur einen Artikel finden, dem zufolge dasselbe Unternehmen 2017 90-Wh/kg-Zellen herstellen konnte; trotzdem handelt es sich um ein tatsächlich verkauftes Produkt, nicht nur um ein Versprechen.
Als Stärke des Unternehmens wurde nicht eine hohe Energiedichte genannt, sondern schnelles Laden, etwa eine Vollladung in unter 10 Minuten.
https://www.ecinews.fr/fr/tiamat-energy-lance-la-production-...
Natrium lasse sich zehnmal schneller laden als Lithium, sei dank niedrigerer Betriebstemperaturen sicherer, und die Zahl der Ladezyklen liege bis zu fünfmal höher als bei Lithium.
Außerdem komme Natrium auf der Erde häufiger vor, sei leichter zugänglich, und die Verarbeitung habe geringere Umweltauswirkungen.
Es ist also nicht genau dieselbe Technologie.
Vanadium kostet ähnlich viel wie Nickel und die Vorkommen sind größer, aber die derzeitige Jahresproduktion ist deutlich geringer, sodass die langfristige Ressourcenperspektive unklar ist.
Auch CATL hat Natrium-Ferrocyanid, also „Prussian white“, angeführt, mischt aber aus irgendeinem Grund für Automotive-Anwendungen Lithium bei.
Zynisch betrachtet könnte das Lithium dazu dienen, die ungünstigen Zykluseigenschaften von Natrium zu stabilisieren; optimistisch betrachtet könnte es auch daran liegen, dass Lithium derzeit aufgrund von Skaleneffekten günstiger ist.
https://web.archive.org/web/20231121142135/https://www.cnrs....
https://web.archive.org/web/20231121142300/https://www.leroy...
Ich war wohl dumm, so etwas zu erwarten.
Laut https://www.epectec.com/batteries/cell-comparison.html liegt 160Wh/kg etwa auf dem Niveau von Li-Po oder Lithium-Ionen
Diese Batteriechemie ist attraktiv, weil sie aus gängigen Materialien hergestellt wird und stabiler sowie sicherer als Lithium ist
Da in der Pressemitteilung nichts dazu steht, gehe ich davon aus, dass sie bei der Energiedichte pro Liter nicht konkurrenzfähig ist
Auf Wikipedia gibt es ebenfalls eine Vergleichstabelle, aber ich weiß nicht, wie genau und aktuell sie ist: https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium-ion_battery#Comparison
Lithium macht dagegen etwa 0,002% aus
Bei derzeit kommerziell produzierten Zellen sind für Li-Po über 200Wh/kg und für Lithium-Ionen auch über 250Wh/kg möglich
Ich bin kein Experte, also korrigiert mich gern, falls ich falsch liege
Oberflächlich betrachtet scheint das nicht auf Kosten der Energiedichte zu gehen, und das ist wirklich enorm
China dominiert den Graphitmarkt und führt inzwischen auch Exportkontrollen durch
Wenn ich mich richtig erinnere, verwenden derzeit die meisten Lithium- und Natriumbatterien in irgendeiner Form Graphit-Anoden; Northvolts Einsatz von Hard Carbon könnte daher ein riesiger Vorteil bei Kosten und Lieferkettenrisiken sein
Über die neue Prussian-White-Kathode weiß ich nichts, daher warte ich auf eine Expertenanalyse zu Northvolts Anode und Kathode
Northvolts Ankündigung ist etwas vorsichtig, was derzeit tatsächlich verkaufbar ist, aber es sieht so aus, als gehe es in die Produktion, und das ist ein gutes Zeichen
Energiespeicher für ganze Häuser im Stil einer PowerWall gewinnen an traction, und Batterien im Netzmaßstab haben die Vorstellung davon verändert, was „gut genug“ ist
Wenn man sie über 1 bis 3 Acres verteilen kann, ist maximale Dichte nicht entscheidend, daher dürfte man zuerst solche Anwendungen anvisieren
Auch der Bedarf an großen Batteriespeichern vor Ort für EV-Ladestationen scheint einer der limitierenden Faktoren beim Ausbau neuer Ladepunkte zu sein; kurzzeitige Lastspitzen lassen sich wie an manchen Raststätten in Kalifornien mit Dieselgeneratoren vor Ort oder mit Batteriebänken abdecken
Letzteres halte ich in Bezug auf Energieeffizienz und Wartung für besser
Da fällt mir der Witz ein: „Shin, das ist jetzt die siebte Woche in Folge, in der du eine neue Batterieerfindung ankündigst“
Aber im Ernst: Ich weiß nicht, warum es so viele ähnlich klingende Schlagzeilen zu Batterien gibt
Es bräuchte Texte, die nicht nur direkt nach der Erfindung berichten, sondern weiter beobachten, wie sich diese Technologien danach tatsächlich entwickeln
Es gibt auch Nachrichten aus China: https://carnewschina.com/2023/11/20/sodium-ion-batteries-are...
Unabhängig von Northvolts Ankündigung ist die Energiedichte nicht besonders gut, daher gibt es keinen großen Hype, aber die Kosten scheinen deutlich niedriger zu sein
Massenfertigung ist unrealistisch, oder sie ist für Nutzer zu teuer, oder es gibt zu wenige Ladezyklen, oder sie liefert nicht genug Strom, oder die thermische Stabilität bei niedrigen/hohen Temperaturen reicht nicht aus, oder die Energiedichte ist nicht hoch genug, um sie tragbar zu machen, oder die Lebensdauer ist kurz, oder das Laden ist langsam, oder die Materialien sind zu giftig, oder das Brand- und Explosionsrisiko ist hoch, oder der Fortschritt ist zu klein, oder man hat es schon vor 20 Jahren versucht und es hat nicht funktioniert, oder Lithium-Ionen könnte sich bis zur Markteinführung genauso weit weiterentwickelt haben
Ich frage mich, worin der Vorteil von Natriumbatterien liegt
Batterien beinhalten die Bewegung von Ionen zwischen Elektroden, und Natrium-Ionen sind deutlich größer, was beim Laden zu stärkeren Volumenänderungen der Elektroden führt; dadurch dürften sie im Vergleich zu Lithium-Pendants sowohl eine geringere Dichte als auch weniger Ladezyklen haben
Sie wirken weder für Netz- noch für mobile Anwendungen optimal, und die einzige Anwendung, die ich erkennen kann, wären sehr billige Einwegprodukte, was für die Umwelt kein gutes Zeichen ist
Die Nachteile sind eine etwas niedrigere Energiedichte und eine etwas geringere Effizienz
CATL produziert seit einiger Zeit Natrium-Ionen-Batterien, und bisher scheinen sie vor allem in günstigen chinesischen Elektroautos gelandet zu sein
In Europa oder Nordamerika sind sie noch nicht weit verbreitet, ein Grund dafür könnte sein, dass es außerhalb Chinas noch zu wenige Fabriken für Natrium-Ionen-Batterien gibt
Northvolt scheint das ändern zu wollen
Sie konkurrieren mit anderen Batteriechemien wie LFP und dürften vor allem in günstigen Autos und für Netzspeicher eingesetzt werden
Weil sie günstiger und sicherer sind und das Gewicht keine Rolle spielt
Für Autos könnten sie aber noch nicht so geeignet sein, weil sie schwerer sind
Es fehlt an günstigeren und leichter herzustellenden Alternativen, auch wenn man dafür einige Eigenschaften aufgibt
Auf HN gibt es gerade separat eine Diskussion darüber, das Laden von Lithium-Ionen-Batterien auf 20–80% der Kapazität zu begrenzen
Ich frage mich, ob es bei Batterien auf Basis von Natrium-Ionen-Chemie solche Einschränkungen oder Empfehlungen ebenfalls gibt
Bei Blei-Säure- und AGM-Batterien wird nicht empfohlen, unter 50% der Kapazität zu gehen
Endlich eine Batterie-Innovation aus Europa – das ist erfreulich.
Es macht Hoffnung, dass Europa auch künftig im Bereich Batterieenergie und Automobil eine Rolle spielen kann.
John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino erhielten ihn für die „Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien“.
[0]: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/summary/
Zwischen BYD Dolphin, Kia eNiro und VW ID.3 gibt es abgesehen etwa vom Preis kaum wesentliche Unterschiede.
Früher war der Verbrennungsmotor ein Differenzierungsmerkmal, heute ist das verschwunden.
Die ursprüngliche Forschungsarbeit, die die Grundlage dieser Entwicklung zu sein scheint, wurde 2015 veröffentlicht; man kann sie finden, wenn man den Titel bei sci-hub einfügt: „Rhombohedral Prussian White as Cathode for Rechargeable Sodium-Ion Batteries“.
Auffällig ist, dass es sich um ein von ARPA-E gefördertes Projekt handelte und ein Teil der Forschung an den Lawrence Berkeley National Labs stattfand.
Da nach einer Zusammensetzung gesucht wurde, die mit bestehender Batteriefertigungstechnik kompatibel ist, ist es eher angewandte Forschung als Grundlagenforschung.
Die Arbeit erklärt, dass die hohe Na-Konzentration das bisherige Problem des Natriummangels löst und sich direkt mit einer Hartkohlenstoff-Anode zu einer vollständigen Zelle assemblieren lässt; das sei wichtig für eine skalierbare Herstellung von Natrium-Ionen-Batterien, die mit der heutigen Lithium-Ionen-Batterie-Infrastruktur kompatibel ist.
Von der Veröffentlichung der Forschungsergebnisse bis zur kommerziellen Entwicklung und zu lieferfähigen Produkten hat es damit etwa 8 Jahre gedauert; ob Venture Capital das als akzeptablen Exit-Zeitraum betrachtet, weiß ich nicht.
China will ab diesem Jahr viele Natrium-Ionen-Batterien in die Produktion bringen.
Für mich sind Ladezyklen und Kosten wichtiger als Gewicht und Dichte der Batterie.
Nur so kann sie bei den Kosten Stromerzeugung verdrängen, die mehr CO₂ ausstößt.
https://carnewschina.com/2023/11/20/sodium-ion-batteries-are...
Die behaupteten Vorteile sind in unfreiwillig komischen Formulierungen beschrieben: bessere Sicherheit, Zyklenzahl wie bei LiFePo, deutlich bessere Kapazität bei niedrigen Temperaturen, Umweltschutz und Ähnliches.
Das sollte man wohl mit sehr viel Vorsicht genießen.
Preislich liegen sie außerdem grob 50 % höher als LiFePo.
Viele Produktbilder zeigen winterliche Außenszenen, daher scheint die Leistung bei sehr niedrigen Temperaturen das wichtigste Verkaufsargument zu sein.
Natrium-Ionen werden diesen Markt kaum stark beeinflussen, bevor der Preis unter LFP fällt.
Eine gute Entwicklung ist es zwar, aber sie bleibt weit hinter den fast 3,5 kWh zurück, die mit einer Natriummetall-Brennstoffzelle erreichbar wären.
Ein solches Gerät ist im abgelaufenen Patent US3730776A beschrieben; eine Kopie gibt es hier: https://orgpad.com/file/DrCoHGH6xJJqraDeusqrtS?token=D6S5Bow...
Ein ähnliches Gerät zur Stromerzeugung kann man sogar in der Garage bauen.
Weltweit wird viel Solar- und Windstrom abgeregelt, weil es keine wirtschaftliche Möglichkeit zur Speicherung gibt.
Als ich zuletzt nachgesehen habe, kosteten LiFePO4-Batterien über 100 Dollar pro kWh, und eine praktische Powerwall kostet so viel wie ein kleines Auto und birgt zudem ein erhebliches Brandrisiko.
Es werden dringend günstige, ungiftige und nicht brennbare Batterien gebraucht, die sich außerhalb von Autos, Drohnen und Smartphones in großem Maßstab einsetzen lassen.
Die vorgestellte Batterie könnte diese Bedingungen möglicherweise erfüllen.
https://cuberg.net/
Natrium-Ionen sind eine Technologie, die bei stationären Anwendungen, bei denen Gewicht und Größe weniger wichtig sind – also bei Energiespeichersystemen im Netzmaßstab –, auf niedrige Kosten abzielt.
Zu viele Adjektive.
Es heißt, sie sei kosteneffizienter und in allerlei Hinsicht besser, aber es fehlt völlig, wie viel besser und im Vergleich womit.
Jetzt werden wohl Artikel und YouTube-Videos entstehen, die sagen, sie könnte „schneller als gedacht im nächsten Elektroauto landen“.
CATL behauptete bereits vor zwei Jahren 160 Wh/kg, aber das tatsächlich gebaute Produkt dürfte wahrscheinlich eher bei 120 Wh/kg liegen.
Es gibt keine Angaben zu den Ladezyklen, und „Sicherheit bei hohen Temperaturen“ ist weniger interessant als eine echte Spezifikation des Betriebstemperaturbereichs.