Natrium als Alternative zu Lithium in Batteriezellen?

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt „Sodium-Ion-Battery Deutschland-Forschung – SIB:DE Forschung“ soll die Eignung der Natrium-Ionen-Batterietechnologie (NIB, engl. SIB) für die europäische Energie- und Mobilitätswende evaluieren und eine zügige industrielle Umsetzung erreichen. Hierzu bündeln 21 nationale Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft ihre Expertise von der Batteriematerialentwicklung bis zur Fertigung großformatiger Zellen, um einen schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die praktische Anwendung zu ermöglichen.

Batteriezellen sind unverzichtbarer Bestandteil der von der Europäischen Union bis 2030 beschlossenen Mobilitätswende, spielen eine wichtige Rolle bei der Integration großer Mengen erneuerbaren Stroms ins Netz und sind unerlässlich für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung beim Aufbau von 5G-Telekommunikationsstationen. Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien die am häufigsten verwendeten Energiespeicher. Aufgrund der Rohstoffabhängigkeit und -knappheit werden jedoch sowohl für mobile als auch für stationäre Energiespeicher dringend vergleichbare Alternativen gesucht. Natrium gilt als ein besonders unkritischer Rohstoff, ist gut verfügbar, preiswert und als sehr sicher eingestuft. Natrium-Ionen-Batterien können somit eine Schlüsselrolle spielen, um eine stabile und nachhaltige europäische Energieversorgung sicherzustellen.

Entwicklungsziel: Langzeitstabilität und hohe Energiedichte

Beim Einsatz alternativer Rohstoffe gilt es, sowohl die Langzeitstabilität als auch die praktische Nutzung der theoretischen Energiedichten der Materialien und Zellen der Natrium-Ionen-Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Entwicklungen zu optimieren, um die erforderliche Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Trotz ähnlicher elektrischer Eigenschaften lassen sich Lithium und Natrium nicht einfach austauschen. Chemische Unterschiede zwischen diesen Elementen haben eine schnellere Alterung der Natrium-Batterien zur Folge und beeinträchtigen deren Leistung.

Das Projekt SIB:DE Forschung will daher insbesondere SIB-Aktivmaterialien identifizieren, die skalierbar herstellbar sind und eine wettbewerbsfähige Zell-Performance bieten. Von besonderer Bedeutung sind zudem die Entwicklung von SIB-Zelldemonstratoren und die Evaluierung der Drop-in-Fähigkeit der Technologie, die eine Integration in bestehende Produktionsprozesse der Lithium-Ionen-Technologie ermöglicht. Das erleichtert den Übergang zu neuen Technologien und die Produktionskosten sowie die Entwicklungszeit können reduziert werden. Um die Ergebnisse zu evaluieren, wird eine Bewertungsmatrix erstellt, die technologische, wirtschaftliche und ökologische Faktoren für verschiedene Materialsysteme und Prozesse berücksichtigt.

Das Projektkonsortium besteht aus sieben Industriepartnern und 14 akademischen Partnern, sowie einem erweiterten Kreis von derzeit 42 assoziierten Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Die Koordination des Gesamtprojekts übernimmt die BASF. Das Projekt läuft von Januar 2025 bis Dezember 2027 und erhält eine Fördersumme von etwa 14 Mio. Euro.

Während die akademischen Partner an den materialwissenschaftlichen und zelltechnischen Themen arbeiten, konzentrieren sich die Industriepartner auf die Skalierung der Materialien und der industrienahen Zellformate. Am Ende der Projektlaufzeit ergeben die Arbeiten eine Empfehlung zur Umsetzbarkeit eines industrialisierbaren Prozesses. Diese Ergebnisse fungieren anschließend als direkte Schnittstelle zu den Produktionsthemen und Industrieformaten, die das geplante Folgeprojekt „SIB:DE Entwicklung“ anstrebt. Übergeordnetes Ziel des Gesamtvorhabens ist der Aufbau eines umfassenden Ökosystems für die Produktion von Natrium-Ionen-Batterien.