Natrium-Ionen-Batterie von Natron Energy

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00:00:16: Hallo und herzlich willkommen, liebe Hörerinnen und Hörers unserer neusten Batterien-Newsfolge.

00:00:20: Hallo Patrick!

00:00:21: Grüß dich Daniel.

00:00:23: Wir hatten ja bereits schon mal eine Folge zu Natriumillionenbatterien Und damals haben wir darüber mit Dr.

00:00:29: Dominic Bresser gesprochen wie nachhaltig und nah an der Marktreife diese Lithiumion Alternative ist.

00:00:36: Jetzt ist es so dass wir heute auf Empfehlungen eines Höreres darüber sprechen über ein Unternehmen, das jetzt Natrium-Millionenbatterien auf den Markt gebracht hat vor ein paar Monaten.

00:00:46: Und das würden wir gerne heute mal einordnen lassen und bei dem Unternehmen handelt es sich um Nature and Energy aus den USA.

00:00:54: Hallo erstmal wieder zu unserer Folge Herr Bresser!

00:00:57: Hallo!

00:00:58: Und zwar die Schlagzeile vom XXI März aus dem Internetforum IEE Spectrum Das ist ein weltweiter Berufsverband von Ingenieuren.

00:01:09: Zu diesem Unternehmen lautet, Natrium-Millionenbatterien sind auf dem besten Weg großformatige Lithium-Mionanwendung abzulösen.

00:01:18: Sichere kostengünstigere Speichertechnologie könnte in Rechenzentren, Telekommunikationsunternehmen und in der Heim- und Netzspeicherung Fuß

00:01:26: fassen.".

00:01:28: Genau!

00:01:29: Das Unternehmen selbst – also Natron Energy – wirbt damit, dass seine Batterie perfekt abgestimmt sei auf schnelle Energie und lange Zyklusdauer.

00:01:38: Natrons BlueTray liefert dabei vier Kilowatt bei Achtundvierzig Volt Gleichstrom über eine zwei-minütige Entladung mit einer sechskw Spitzenleistung und lädt sich in acht Minuten wieder auf.

00:01:53: Und schafft mehr als Achtung fünfzigtausend Zyklen!

00:01:57: Herr Bresser, wie beurteilen Sie diese Daten?

00:02:00: Die Daten sind jetzt per se wenn man sich das anschaut was vermutlich in dieser Batteriezelle enthalten ist, erstmal eigentlich wenig überraschend würde ich sagen.

00:02:09: Denn tatsächlich sprechen wir hier über eine quasi symmetrische Zelle mit zweimal Berliner-Blau sowohl auf der negativen als auch auf der positiven Elektrode und vermutlich das Unternehmen lässt da die Angaben offen einem wässrigen Elektrolüden, der sich generell durch eine relativ hohe ionische Leitfähigkeit auszeichnet Und sodass da die Laderate und Endladerate, die da reklamiert wird.

00:02:37: Und auch tatsächlich die Zyklenzahl per se würde ich sagen jetzt erstmal aus dem wissenschaftlichen Bereich heraus keine große Überraschung ist.

00:02:49: was tatsächlich im Punkt ist es natürlich dass die Tatsache das ein westriger Elektrolyt vermutlich verwendet wird wie gesagt das meine Annahme Und diese symmetrische Anordnung der Batteriezelle deutet eben darauf hin und zeigt sich ja auch in den Daten, was Energiedichte angeht auf eine sehr niedrige Zeltspannung hin.

00:03:10: Also ich nehme mal an wie gesagt die Abbildung mal angeschaut dass wir hier von einer Zelt-Spannung von vielleicht Null Kommasiven Volt sprechen.

00:03:18: grob das heißt Wir sind in dem Stabilitätsfenster von Wasser Und können dann natürlich dementsprechend relativ schnell laden und entladen.

00:03:30: Man muss immer dazusagen, dass diese Laderate und Endladerate die da angegeben werden, das sieht eigentlich alles ganz gut aus was man auch so auf der Website nehmen kann.

00:03:43: Man muß aber auch dazu sagen, wenn wir jetzt schneller laden, die Energiedichte die wir speichern können dennoch abnimmt.

00:03:52: also die Performance ist Es scheint sehr gut.

00:03:58: Aber natürlich habe ich am Ende, wenn ich bei acht Minuten Lade oder Endlade immer noch weniger Energie dichte in der Zelle als wenn ich das in einer halben Stunde mache... Also das nimmt schon ab!

00:04:10: Man gibt immer diese Spitzen-Daten.

00:04:13: aber darf es auch nicht vergessen dass wenn man das Maximum an Energie aus der Batteriezelle heraushalten möchte dann muss ich langsam erladen.

00:04:23: Sie haben es gerade schon angesprochen, dass dort das gleiches Anoden- und Kathodematerial verwendet wird.

00:04:30: Vielleicht können sie darauf noch mal eingehen?

00:04:31: Ist das üblich oder ist das jetzt was völlig Neuartiges, was die da versuchen?

00:04:36: Und vor allen Dingen auch die Art... Sie haben ja von Berliner Blau Fargpigmenten also gesprochen.

00:04:43: Berliner blau ist jetzt per se keine neue Verbindung, wird schon seit einigen hundert Jahren tatsächlich als Farg pigment genutzt.

00:04:52: aber auch in der Medizin hat es Anwendung gefunden, ist also basierend in der Regel auf Eisen und eine Eisenzionid-Verbindung wenn man so möchte.

00:05:02: Unbedenklich bei Raumtemperatur.

00:05:05: erst wenn es sich zersetzt quasi die Zionide frei werden dann wird's toxisch Aber bis dahin unbedingt wie gesagt auch in einer Pharmazie eingesetzt.

00:05:14: diese Form der symmetrischen Zelle ist jetzt nichts, was komplett neu ist.

00:05:20: Das wurde in der wissenschaftlichen Literatur schon häufiger beschrieben.

00:05:27: Man kann das immer dann machen wenn man Übergangsmetalle hat die verschiedene Oxidationszustände annehmen können und zwar nicht nur zwei verschiedene sondern mehrere verschiedene und wenn die Übergänge zwischen diesen verschiedenen Oxidationen ausreichend weit voneinander entfernt liegen.

00:05:45: Also nehmen wir mal an, dass beispielsweise die Oxidation oder Reduktion von in diesem Fall beispielsweise Eisen.

00:05:52: Von zwei auf drei bei einer gewissen Spannung stattfindet und dann kann man vermutlich Eisen ersetzen durch Mangan beispielsweise und der Redux-Zustand von Mangan tritt bei einer anderen Spannungen auf.

00:06:03: Und wenn die ausreichend weit auseinander liegen, dann kann ich eben quasi das Material sowohl als positive also auch als negative Elektrode verwenden.

00:06:15: Das wurde in der Literatur schon viel für den Vanadium gemacht, beispielsweise.

00:06:19: Oder Vanadium-basierte Verbindung weil Vanadium eben auch sehr viele Redox Zustände hat, stabile Redox-Zustände und immer dann wenn quasi die Differenz zwischen diesen Übergängen mindestens Null, fünf Volt sag ich mal ungefähr beträgt Dann kann ich sie natürlich theoretisch miteinander kombinieren.

00:06:40: das ist jetzt wie gesagt also per se erst einmal nichts großartig oder grundlegend neues.

00:06:48: Hat seinen Charme, weil man eben das gleiche Material oder ein sehr ähnliches Material ist ja auch in der vorliegenden Fall nicht ganz klar sowohl auf der positiven als auch auf der negativen Elektrode verwenden kann hat aber eigentlich immer den Nachteil dass die Zelt-Spanne am Ende relativ gering ist also weniger als einen Volt maximal ein Volt.

00:07:09: das ist so der Bereich wo man dann in der Regel sich einfindet.

00:07:14: Und was schätzen Sie dann mit diesen Eigenschaften, welche Anwendungen damit betrieben werden können?

00:07:19: Also im Wesentlichen wird es natürlich komplementär zu klassischen Batterieanwendung sein.

00:07:28: Man kann die Batteriezelle relativ schnell laden und hat eine relativ hohe Lebensdauer.

00:07:34: Nicht umsonst kommen diese beiden Eigenschafts meistens miteinander einher.

00:07:42: Das kann man verwenden überall da, wo man eben schnell eine bestimmte Menge an Energie beziehungsweise Strom benötigt.

00:07:51: Also zum Beispiel Spitzenglättung bei erneuerbaren Energien also Speichertechnologen als stationäre Speicher quasi Anwendungen.

00:08:00: das kann man für in der Industrie beispielsweise da wo Masse und Volumen eben am Ende keine Rolle spielen eine bestimmte Menge Energie auf ne sehr kurze Zeit.

00:08:14: Und das relativ regelmäßig, dann macht das Sinn.

00:08:18: Das wird sicherlich Lithium-Ionenbatterien nicht vertreiben aus den angestammten Anwendungen denn wir sprechen hier vermutlich des Unternehmen macht dazu keine Angaben.

00:08:28: Wir sprechen hier von der spezifischen Energie von fünfzig Waldschonnen pro Kilogramm.

00:08:34: Das heißt da liegen wir um den Faktor fünf geringer als bei einer Lithium Ionenbaterie.

00:08:40: Also das ist schon relativ deutlich drunter.

00:08:44: Genau fassen wir nochmal zusammen, Sie hatten es ja gerade schon gesagt aus reiner Leistungssicht sind diese Batterien natürlich für tragbare Elektronik oder E-Fahrzeuge jetzt nicht so geeignet da sie halt eben eine geringe Energiedichte oder geringere Energiedicht als Lithium-Ionen-Batterien aufweisen.

00:09:01: aber auf welchem Stand sind denn die derzeitigen Natriummioenbatterien jetzt gegenüber der Lithiummioon-Baterie?

00:09:07: Ja dann muss man also da ist.

00:09:09: tatsächlich scheint der Ansatz von Natron-Energie ein bisschen anders zu sein als der von den bereits bekannten Unternehmen, die Natriumionbatterien anbieten oder anbieden möchten.

00:09:23: Natron Energy nutzt dieses symmetrische Zelldesign vermutlich mit einem wasserbasierten Elektrolyten aufgrund der geringen Zellspannung wohingegen die klassische Natriumioentechnologie in Anführungszeichen eigentlich eher darauf zielt, dass wir eine Kohlenstoff-basierte negative Elektrode haben und ein natriumübergangsmetalloxid an der positiven Elektroda.

00:09:52: Das geht also eher um eine Zellspannung von ungefähr drei bis drei Komma fünf Volt sprechen.

00:09:58: D.h.,

00:09:58: die klassische Natriumnionbatterie ähnelt eher der Lithiumnion-Batterie als das jetzt, dieses symmetrische Celldesign.

00:10:05: Und da kommen dann auch tatsächlich in spezifischen Energien von ungefähr hundertvierzig plus minus fünfzehn Watt schon pro Kilogramm.

00:10:15: Und dann sind wir im Bereich, wo die Lithium-Ion-Technologie tatsächlich vor dreißig Jahren auch angefangen hat.

00:10:22: Die klassische Natrium-Ionen-Tecnologie ist etwas was eher in dem Bereich Lithium–Ionen – Technologie geht also auch was spezificer Energie aber eben auch überhaupt Design Materialien die da verwendet werden, während dieses Natron-Energie eben eher doch deutlich komplementärer fährt.

00:10:45: Können Sie diese anderen Unternehmen mal kurz vorstellen?

00:10:48: Ich nehme an, sie sind überwiegend aus dem US-amerikanischen Markt.

00:10:53: Welche Wettbewerber hat Natron Energy denn jetzt im Moment und wie weit sind die dann mit ihren Produkten?

00:10:59: Also wenn ich das richtig verstanden habe, dann ist die Natrium-Ion-Batterie hier tatsächlich marktreif.

00:11:05: Welch Wettbetwerber haben die Jungs?

00:11:07: Also Natural Energy kommt ja aus den USA und wurde von Absolventen der Stanford University gegründet.

00:11:20: Die aktuell vermutlich bekanntesten Hersteller oder zukünftigen Herstellern von Natrium-Batterien sind ja Faradayn aus Großbritannien, dann Tiamat in Frankreich und Heiner Energy in China.

00:11:38: Das heißt, eigentlich decken wir mit den Vieren ganz gut dann tatsächlich auch Europa, Asien, zumindest ein Teil Asiens und die USA ab.

00:11:47: Sie sind relativ ähnlich aufgestellt was die Materialien angeht also grob von der Materialklasse her.

00:11:54: Details verraten ihr natürlich alle nicht aber die sind alle quasi... Wir haben alle damit dass sie gupferfrei sind einfach der Tatsache geschuldet ist, dass Natrium keine Legierung mit Aluminium eingeht bei geringen Potenzialen.

00:12:08: Deswegen ist das automatisch quasi das Natriumion-Batterienzellenkupfer frei sein können.

00:12:15: Kobaltfrei auch das ist Natriumiantechnologie keine große Überraschung und eben Lithiumfrei weil das Lithium durch Natrium ausgetauscht wird.

00:12:24: Genau die sind alle auf einem Level wo sie mindestens Prototypen fertigen können, also vorkommerzielle Technologien die diese in größerem Maßstab tatsächlich produzieren und prinzipiell auch vertreiben könnten.

00:12:38: Das sind die drei, die sich alle auf Natriumion konzentrieren.

00:12:42: und dann gibt es aber auch noch zum Beispiel CATL in Deutschland, also chinesisches Unternehmen, aber eben auch mit Produktionstedt in Deutschland ,die ebenfalls vor kurzem annunziert haben dass sie sich demnächst nicht nur Lithium-Ionbatterien produzieren wollen, sondern auch Natrium-Ionenbatterie produzieren möchten.

00:13:05: Und ich nehme mal an dass es da eine ähnliche Richtung geht.

00:13:09: also das ist da auch eher Kohlenstoff basierte negative Elektrode, natriumübergangsmetalloxid auf der positiven Electrode und ein organischer Elektrolyt so, dass wir hier über ne Zeltspannung von drei, Also das ist so der klassische Natriumionweg quasi, dass ein bisschen ähnlich eher der Lithium-Ion-Technologie folgt.

00:13:34: Ja

00:13:34: jetzt ist es so – wir haben ja schon in der Vergangenheit öfter über Natriumionenbatterien gesprochen und dass sie eben sehr kurz vor der Marktreife stehen.

00:13:41: Jetzt ist es tatsächlich so passiert aber es gab sehr wenig Medienecho hatte ich den Eindruck.

00:13:48: wie sehen Sie das denn?

00:13:50: War Dann doch gar keine Revolution?

00:13:52: für sie ist, dass die jetzt tatsächlich auf den Markt kommen oder auch teilweise was Sie erwähnt haben vorhin.

00:13:57: Zumindest kurz vor der Marktreife stehen bei manchen Unternehmen?

00:14:00: Oder war es eher ein langsamer Anfang sozusagen, wo das vielleicht Unternehmen sind, die dann doch wieder recht schnell vom Markt verschwinden genauso wie ihre Produkte und sich dann noch ein paar Jahre hinzieht bis wir wirklich in großem Stil in Natriumillionen-Batterien auf dem Markt finden?

00:14:19: Das wird sich zeigen!

00:14:20: Man muss aber bedenken, also wenn Unternehmen wie CATL die relativ schnell, relativ groß geworden sind mit den Tribunionenbatterien.

00:14:28: Wenn sie sagen dass sie Natriumnionbatterie machen wollen dann deutet das natürlich darauf hin, dass das eine oder andere dieser anderen genannten Unternehmen ebenfalls vermutlich Erfolg haben wird.

00:14:45: Ich habe keine Glaskugel, das kann ich nicht voraussagen.

00:14:50: Aber, also dass die Natrium-Johntechnologie auf Dauer kommt als alternative, komplementäre Alternative zur Lithium-John-Technologie.

00:15:02: Das war eigentlich ist keine große Überraschung würde ich sagen.

00:15:06: Es ist klar das diese riesige Nachfrage und auch dieser riesigen antizipierte Nachfrage nach Lithium Jonenbatterien, die wir in den nächsten fünfzehn, zwanzig Jahren sehen werden dass es da Alternativen geben muss für bestimmte Anwendung, wo Leistungen und Energiedichte nicht alles sind.

00:15:29: Einfach auch um die Ressourcen entsprechend zu schonen.

00:15:36: Das wäre jetzt meine nächste Frage.

00:15:37: also Sie sagen auch zwischen den Zeilen das ist von der Verfügbarkeit der in der Lithium-Ionen Batterie verbauten Materialien abhängt.

00:15:46: Das heißt, wenn wir eine Ressourcenknappheit für Lithium beispielsweise sehen dann ist das wahrscheinlich sogar eine Beschleunigung für eben die Natrium-Ionbatterie oder?

00:15:56: Ganz bestimmt.

00:15:57: Also ich meine man hat das gesehen dass die Preise für Lithiam Verbindung in den letzten Jahren natürlich angezogen haben trotzdem die Preisen für Lithiom-Ionenbatterien exponentiell gesunken sind.

00:16:10: Das läuft ja quasi gerade so ein bisschen konträr, aber wenn natürlich die Preise für Lithiumhaltige Verbindungen weiter ansteigen dann wird es eventuell tatsächlich eben irgendwann so dass man sagt okay.

00:16:23: Für welche Anwendung brauchen wir wirklich tatsächlich die Leistung, die energiedichte Lithium-Millionenbatterien haben und für welche Anwendungen können wir auch tatsächlich darauf verzichten?

00:16:35: Dafür spielt Preis am Ende eine größere Rolle, also aktuell und da muss man auch mal so ein bisschen unterscheiden.

00:16:43: Preis pro Batteriezelle und Preis pro Kilowattstunde.

00:16:48: Aktuell oder zumindest vor einem, zwei Jahren war es so dass die Natriumion-Batterie pro Zelle günstiger war als Lithium aber pro Kilo Wattstünde eben noch nicht.

00:17:00: das heißt dann müsste man wahrscheinlich jetzt nochmal so zwei drei Jahre quasi später ne neue Berechnung machen wie es heute ausschaut mit den aktuellen Preisen für die Rohstoffe.

00:17:12: Das heißt, das kann sich mittlerweile geändert haben und wie gesagt am Ende ist dann ja eine Frage also inwiefern drückt sich das preislich aus dass ich auf Kupfer verzichten kann?

00:17:23: Dass sie auch Lithium verzichten können?

00:17:26: Dass ich auf Kobalt verzichten kannst wobei tatsächlich auch in der klassischen Lithium-Johnenbatterie der Kobaltanteil immer geringer wird.

00:17:34: Das ist jetzt auch nicht mehr der Preistreiber vermutlich, zumindest was elektromobile Anwendungen angeht, der da die Riesenrolle spielt.

00:17:44: Von daher das komplementäre Alternativen kommen glaube ich war zu erwarten...

00:17:51: Trotzdem nehmen wir hier gerade eine nicht so euphorische Stimmung von Ihnen.

00:17:55: Sie haben das tatsächlich schon ein bisschen anzipiert, Wir dachten dass es jetzt irgendwie mit einem größeren Boom losgeht und die Einführung der Natriumion-Batterie tatsächlich mehr Freude in der Wissenschaft hervorruft.

00:18:06: Jetzt lesen wir gar nichts darüber!

00:18:08: Das ist schon etwas seltsam.

00:18:10: Das heißt sie nehmen an, Natriumionenbatterien werden ihren Platz einnehmen aber richtig durch die Decke gehen.

00:18:17: Das ist vielleicht eher nicht zu erwarten jedenfalls... Nehmen wir das jetzt von Ihnen so mit,

00:18:22: Herr Bresser?

00:18:22: Nein!

00:18:23: Im

00:18:24: letzten Einwände.

00:18:27: Nee, so ist es nicht denke ich.

00:18:28: Also ich denke dass die Natriumion-Batterie-Technologie in ihrer Breite also welche am Ende das auch immer wird ob das dann diese symmetrische andere Ausrichtung Nitron Energy oder ob das quasi die ja Lithium-Ionen orientierte Ausrichtung ist von den anderen Unternehmen.

00:18:50: Die werden ihre Anwendungen finden und die werden auch, ich glaube, ihre breite Anwendung finden.

00:18:56: also wenn ich da wenig euphorisch klinge dann deswegen weil das jetzt nicht unerwartet kommt.

00:19:02: Also sie werden ihren Platz neben Lithium ion Batterien finden.

00:19:06: Da bin ich relativ überzeugt Und dann wird man sehen, was am Ende die Natriumion-Technologie noch an Potenzial hat für weitere Verbesserungen.

00:19:17: Wie gesagt also steigen ein da wo auch Lithium-Ionen eingestiegen sind.

00:19:21: wie weit das am ende geht Das wird man sehn.

00:19:24: okay

00:19:25: ja wir sind sehr gespannt.

00:19:26: vielen Dank für ihre Ausführung Herr Bresser.

00:19:29: Wie immer können Sie uns auch eigene Themen oder Fragen schreiben, oder mailen und zwar an daniel.messling at kit.edu oder patrick.rosenatkit.edu Oder auch per Twitter an Helmholtz-Olen oder Clusterpolis.

00:19:44: So hiermit verabschieden wir uns.

00:19:45: vielen Dank fürs Zuhören und bis zum nächsten Mal

00:19:48: Vielen Dank

00:19:49: Danke

00:19:53: schön.

00:20:05: Dieser Podcast wurde produziert vom Center for Electrochemical Energy Storage Ulm und Karlsruhe Kurz Celeste, einer Forschungsplattform des Karlsluhe Instituts für Technologie der Universität Ulm & des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg.