Natrium-Ionen-Batterien: Fraunhofer-Studie sieht Technologie kurz vor der Marktreife

Neue Studie zeigt: Natrium-Ionen-Batterien sind technisch bereit für die Gigafabrik – besonders bei stationären Anwendungen.

Natrium-Ionen-Batterien rücken verstärkt in den Fokus der Batterieforschung – nicht zuletzt wegen ihrer vielversprechenden Umweltbilanz und der Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen wie Lithium. Eine jetzt in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlichte Studie der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB und der Universität Münster kommt zu dem Schluss: Die Technologie rund um die Natrium-Batterie steht kurz vor der Marktreife. Grundlage ist eine Modellierung auf Basis industrieller Produktionsdaten im Maßstab von Gigafabriken.

Lange galten Natrium-Ionen-Batterien als leistungsschwach – ein Urteil, das die Studienautoren in dieser Form nicht stehen lassen wollen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese pauschale Bewertung zu kurz greift“, erklärt Philipp Voß von der Fraunhofer FFB. Je nach Zellchemie unterscheiden sich sowohl Energiedichte als auch CO2-Bilanz erheblich. Die Studie analysierte nur Zellchemien, die bereits von Industrieunternehmen entwickelt werden.

Ein besonderer Fokus lag auf der Kombination von Schichtoxid-Kathoden und Hartkohlenstoff-Anoden. Diese Zelltypen erzielen die höchsten Energiedichten unter den untersuchten Varianten und könnten perspektivisch auch in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden.

Ready für stationäre Speicher – Perspektiven für E-Mobilität

Aktuell sind Natrium-Ionen-Batterien vor allem für Anwendungen interessant, bei denen Energiedichte nicht das Hauptkriterium ist. Stationäre Speicher für Erneuerbare-Energien-Systeme oder kostensensitive Anwendungsfelder profitieren bereits heute von der Technologie. In einzelnen Zellchemien könnte künftig auch die Nutzung in der Elektromobilität realistisch werden, insbesondere durch gezielte Materialoptimierungen.

Der Markteintritt könnte zügig erfolgen: Die Drop-In-Fähigkeit der Technologie ermöglicht die Nutzung bestehender Lithium-Ionen-Produktionslinien. Das senkt nicht nur die Investitionskosten, sondern beschleunigt auch den Hochlauf. Mehrere Hersteller, darunter das chinesische Unternehmen CATL und der indische Zellproduzent Faradion, planen bereits Produktionskapazitäten im Gigafactory-Maßstab in Asien und Europa.

Ein geopolitischer Vorteil: Natrium ist im Vergleich zu Lithium breit verfügbar und weltweit verteilt. „Mit Natrium-Ionen-Batterien haben wir die Chance, uns geostrategisch unabhängiger von Lieferländern wie China zu machen“, so Simon Lux, Mitautor der Studie.

Hard Carbon als Schlüsselfaktor

Besondere Beachtung findet in der Studie die Anode aus Hartkohlenstoff (Hard Carbon). Im Vergleich zum synthetischen Graphit punktet dieses Material mit einer deutlich besseren CO2-Bilanz und geringeren Herstellungskosten. Gleichzeitig ist Hard Carbon aktuell der begrenzende Faktor für die Energiedichte. Die Studie zeigt jedoch: Durch Materialoptimierungen lässt sich dieser Nachteil mittelfristig kompensieren.

So könnten laut Modellierungen Emissionen um bis zu elf Prozent gesenkt und die spezifische Energie deutlich erhöht werden. Derzeit liegt die volumetrische Energiedichte vieler Natrium-Ionen-Zellen noch etwa 20 bis 30 Prozent unterhalb vergleichbarer Lithium-Eisenphosphat-Zellen – eine Lücke, die sich durch Materialverbesserungen perspektivisch schließen lässt. Das unterstreicht das technische Entwicklungspotenzial der Technologie.

Trotz des großen Potenzials fehlt es bislang an gezielter politischer Unterstützung. Die Studienautoren plädieren daher für eine strategische Förderung von Forschung und Entwicklung, um die Skalierung voranzutreiben und Europa im Wettbewerb zu stärken. Als Vorbild könnten Programme wie „IPCEI Batteriezellfertigung“ oder gezielte Förderlinien des BMWK und BMBF dienen, die künftig explizit auch auf alternative Zellchemien wie Natrium-Ionen-Batterien ausgerichtet werden sollten.

Reif für den Markteintritt, mit Entwicklungspotenzial

Die Fraunhofer-Studie zeigt: Natrium-Ionen-Batterien sind keine bloße Nischenlösung mehr, sondern eine ernstzunehmende Alternative für verschiedene Anwendungsfelder. Technisch und ökologisch vielversprechend, wirtschaftlich zunehmend tragfähig – insbesondere dann, wenn Materialforschung und Industrieproduktion weiter Hand in Hand gehen. Bis 2030 könnten erste Anwendungen im Bereich stationärer Speicher zur Marktrealität werden, während mittelfristig auch der Einsatz im Fahrzeugbereich denkbar ist.

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