Der chinesische Batteriehersteller Hithium hat eine neue Produktlinie von Natrium-Ionen-Batteriezellen und Energiespeichersystemen vorgestellt. Diese neue Technologie verspricht eine Betriebsdauer von 30 Jahren und könnte die Landschaft der Energiespeicherung nachhaltig verändern. Die Einführung der ∞Cell N785Ah und des Batteriespeichersystems (BESS) ∞Power N4.0MWh erfolgte im Rahmen einer Live-Stream-Veranstaltung.
Wichtige Punkte
- Hithium führt Natrium-Ionen-Batterien mit 30 Jahren Lebensdauer ein.
- Die ∞Cell N785Ah bietet 20.000 Zyklen und 2-8 Stunden Speicherdauer.
- Schnelle Massenproduktion durch Kompatibilität mit bestehenden Lithium-Ionen-Plattformen.
- Neues BESS ∞Power N4.0MWh verfügt über spezielle Natrium-Ionen-Architektur.
- Materialwissenschaftliche Fortschritte ermöglichen diese lange Lebensdauer.
Ein Paradigmenwechsel in der Energiespeicherung
Die Forschung bei Hithium verfolgte das Ziel, eine Batterie zu entwickeln, die über die Grenzen der Lithium-Ionen-Technologie hinausgeht. Dr. Aileen Wang, Forschungsdirektorin bei Hithium, betonte, dass die Kostenkurven für Lithium-Ionen-Batterien sich abflachen. Natrium-Ionen-Batterien stellen hier einen potenziellen neuen Wachstumstreiber dar.
„Wir wollten nicht nur Lithium-Ionen folgen. Wir wollten erforschen, wohin Lithium-Ionen noch nicht gegangen ist, um zu sehen, ob elektrochemische Energiespeicher über einen viel längeren Zeitraum funktionieren könnten“, erklärte Wang in ihrer Präsentation.
Faktencheck
- Lebensdauer: 30 Jahre erwartete Betriebszeit.
- Zyklen: 20.000 Lade-/Entladezyklen.
- Speicherdauer: 2 bis 8 Stunden.
- Kompatibilität: Vollständig kompatibel mit Hithiums 1.000Ah Lithium-Ionen-Fertigungsplattform.
Die Technologie hinter den neuen Zellen
Die neue ∞Cell N785Ah Zelle ist für eine Lebensdauer von 20.000 Zyklen ausgelegt. Sie unterstützt Speicherdauern zwischen 2 und 8 Stunden. Ein entscheidender Vorteil ist die volle Kompatibilität mit Hithiums bestehender 1.000Ah Lithium-Ionen-Fertigungsplattform. Dies ermöglicht eine schnelle Skalierung der Massenproduktion.
Das zugehörige BESS ∞Power N4.0MWh, das diese Zellen nutzt, verfügt über eine spezielle Natrium-Ionen-Architektur. Es verwendet ein gestapeltes Zellendesign und ein dediziertes Batteriemanagementsystem (BMS). Dieses BMS kann den Ladezustand (SoC) mit einer Genauigkeit von bis zu 2,5 % abschätzen. Das System ist mit 800V-1500V Stromwandlungssystemen (PCS) kompatibel.
Herausforderungen und Lösungen in der Materialentwicklung
Die Entwicklung dieser langlebigen Natrium-Ionen-Batterielösung stellte Hithium vor mehrere Herausforderungen. Besonders die Materialwissenschaft spielte eine zentrale Rolle. Die Kontrolle von Verunreinigungen in der Kathode, die Kombination hoher spezifischer Kapazität mit schneller Anodenkinetik und das Verständnis von Grenzflächenreaktionen im Elektrolyten waren komplexe Aufgaben.
„Wir mussten grundlegende Materialprobleme lösen, um die angestrebte Leistung und Lebensdauer zu erreichen“, so Dr. Wang. „Die Reinheit der Kathode und die Effizienz des Anodenmaterials waren entscheidend.“
Hithium arbeitete eng mit Partnern zusammen, um ein hochreines Natrium-Eisen-Phosphat-Pyrophosphat (NFPP) Kathodenmaterial zu entwickeln. Dieses Material weist eine hohe Packungsdichte und einen geringen Widerstand auf. Die Leitfähigkeit wurde um drei Größenordnungen erhöht und die Phasenreinheit auf 97 % gesteigert. Dies führte zu geringeren Batteriekosten und einer höheren Energiedichte.
Hintergrund: Natrium-Ionen-Technologie
Natrium-Ionen-Batterien nutzen Natrium statt Lithium. Natrium ist wesentlich häufiger und günstiger verfügbar. Dies reduziert die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen und globalen Lieferketten, die oft mit geopolitischen Risiken behaftet sind. Die Technologie ist besonders attraktiv für stationäre Energiespeichersysteme.
Innovationen bei Anode und Elektrolyt
Für die Anode entwickelte Hithium ein Hartkohlenstoffmaterial. Dieses Material bietet schnelle Natrium-Ionen-Transportkanäle und zahlreiche Natrium-Speicherstellen. Dr. Wang betonte, dass dieses Material „extrem geringe Ausdehnung mit hoher Leistungsfähigkeit kombiniert“ und die kalendarische Lebensdauer erheblich verlängert.
Auch der Elektrolyt wurde speziell für Natrium-Ionen-Batterien formuliert. Hithium setzte auf Mikroverbindungen und gezielte Reparaturmechanismen. Die Ionendiffusion im Elektrolyten wurde verbessert und die Desolvationsbarriere gesenkt. Dies gelang durch die Verwendung von Lösungsmitteln mit geringer Viskosität, breitem Flüssigkeitsbereich und schwacher Koordination.
Eine dichte Festelektrolyt-Grenzschicht (SEI) aus Natriumsalzzusätzen mit hohem Reduktionspotential auf der Anodenoberfläche unterdrückt die Elektrolytzersetzung und den Verbrauch. Dies reduziert die Gasentwicklung erheblich und verbessert die Zuverlässigkeit über den gesamten Lebenszyklus der Batterie.
Skalierung der Produktion und Marktaussichten
In der Zellfertigung entwickelte Hithium drei Kernkompetenzen. Dazu gehört eine ultradicke Elektrodenbeschichtung, um die Nachteile der geringeren Energiedichte von Natrium-Ionen auszugleichen. Zudem wurden langlebige Strukturkomponenten entwickelt, die Ausdehnung und Kontraktion über 20.000 Zyklen standhalten. Eine großformatige Zellstapeltechnologie überwindet Engpässe in der Natrium-Ionen-Produktion.
Hithium strebt an, viele der bestehenden Fertigungsprozesse seiner Lithium-Ionen-Batterielinien zu nutzen. Gleichzeitig sollen reichlich vorhandene Materialien verwendet werden, die nicht an globale Lithium-Batterie-Lieferketten gebunden sind.
Wichtige Vorteile
- Rohstoffverfügbarkeit: Natrium ist deutlich häufiger und günstiger als Lithium.
- Unabhängigkeit: Weniger Anfälligkeit für globale Lieferkettenstörungen.
- Kostenpotential: Langfristig günstigere Energiespeicherlösungen.
Wachsender Markt für Natrium-Ionen-Batterien
Die Markteinführung von Hithium ist ein weiteres Zeichen für den Fortschritt bei der Kommerzialisierung von Natrium-Ionen-Batterien für stationäre BESS-Anwendungen. Dieser Trend wird hauptsächlich von großen chinesischen Lithium-Ionen-Batterie-OEMs vorangetrieben.
Hithium beansprucht, der erste Anbieter einer Natrium-Ionen-Zelle zu sein, die speziell für BESS im Versorgungsmaßstab entwickelt wurde. Bereits im Dezember 2023 wurde die ∞Cell N162Ah NFPP Batterie auf den Markt gebracht. Darauf folgten Produkteinführungen von anderen chinesischen Akteuren wie CATL, BYD, HiNa und Envision. Auch nicht-chinesische Startups wie Peak Energy (USA) und Phenogy (Europa) sind in diesem Bereich aktiv.
CATL, das im April einen Liefervertrag über 60 GWh Natrium-Ionen-Batterien mit dem chinesischen Systemintegrator HyperStrong unterzeichnete, präsentierte im Juni auf der Intersolar Europe in Deutschland die Natrium-Ionen-Version seiner TENER BESS-Einheit. Dies unterstreicht die wachsende Bedeutung und das Potenzial der Natrium-Ionen-Technologie für die globale Energiewende.
