{"id":25553,"date":"2023-02-23T10:42:41","date_gmt":"2023-02-23T09:42:41","guid":{"rendered":"https:\/\/www.jongia.com\/unkategorisiert\/ist-natrium-ion-die-naechste-generation-nachhaltiger-batterie\/"},"modified":"2026-03-25T08:50:47","modified_gmt":"2026-03-25T07:50:47","slug":"ist-natrium-ion-die-naechste-generation-nachhaltiger-batterie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.jongia.com\/de\/branchen\/energie-de\/ist-natrium-ion-die-naechste-generation-nachhaltiger-batterie\/","title":{"rendered":"Ist Natrium-Ion die n\u00e4chste Generation nachhaltiger Batterie?"},"content":{"rendered":"\t\t
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Die Natrium-Ionen-Batterie (NIB oder SIB) ist ein wiederaufladbarer Batterietyp, der Natriumionen (Na+) als Ladungstr\u00e4ger verwendet. Das Funktionsprinzip und der Zellaufbau sind fast identisch mit denen der Lithium-Ionen-Batterien (LIB), allerdings wird Lithium durch Natrium ersetzt. <\/h4>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Natrium-Ionen-Batterien sind eine potenzielle Alternative zu lithiumbasierten Batterietechnologien, vor allem aufgrund der niedrigeren Kosten und der gr\u00f6\u00dferen Verf\u00fcgbarkeit von Natrium. Da SIBs auf reichlich vorhandene und billige Materialien zur\u00fcckgreifen, d\u00fcrften sie preiswerter sein als LIBs. Die Umweltauswirkungen von SIBs sind ebenfalls geringer. Obwohl SIBs schwerer und gr\u00f6\u00dfer als LIBs sind, eignen sie sich f\u00fcr station\u00e4re Energiespeichersysteme, bei denen das Gewicht und das Volumen weniger wichtig sind. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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SIBs stie\u00dfen in den 2010er und 2020er Jahren auf akademisches und kommerzielles Interesse, vor allem aufgrund der ungleichm\u00e4\u00dfigen geografischen Verteilung, der hohen Umweltbelastung und der hohen Kosten vieler der f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien ben\u00f6tigten Materialien. Dazu geh\u00f6ren vor allem Lithium, Kobalt, Kupfer und Nickel, die f\u00fcr viele Arten von Natrium-Ionen-Batterien nicht unbedingt erforderlich sind. Der gr\u00f6\u00dfte Vorteil von Natrium-Ionen-Batterien ist der nat\u00fcrliche Reichtum an Natrium. Zu den Herausforderungen bei der Einf\u00fchrung von SIBs geh\u00f6ren die geringe Energiedichte und die unzureichenden Lade-\/Entladezyklen. <\/p>

Bis 2022 haben Natrium-Ionen-Batterien keine kommerzielle Bedeutung erlangt, aber das k\u00f6nnte sich \u00e4ndern, da der weltweit gr\u00f6\u00dfte Batteriehersteller angek\u00fcndigt hat, 2023 mit der Massenproduktion von SIBs zu beginnen. In einem Bericht der United States Energy Information Administration \u00fcber Batteriespeichertechnologien wird diese Technologie nicht erw\u00e4hnt. Au\u00dferdem werden in Elektrofahrzeugen keine Natrium-Ionen-Batterien verwendet… noch nicht. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Geschichte<\/h2>

Die Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien fand in den 1970er und fr\u00fchen 1980er Jahren statt. In den 1990er Jahren waren Lithium-Ionen-Batterien jedoch vielversprechender, so dass das Interesse an Natrium-Ionen-Batterien nachlie\u00df. In den fr\u00fchen 2010er Jahren erlebten Natrium-Ionen-Batterien einen Aufschwung, der vor allem durch die steigenden Rohstoffkosten f\u00fcr Lithium-Ionen-Batterien ausgel\u00f6st wurde. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Funktionsprinzip<\/strong><\/h2>

SIB-Zellen bestehen aus einer Kathode auf der Basis eines natriumhaltigen Materials, einer Anode (nicht notwendigerweise ein Material auf Natriumbasis) und einem fl\u00fcssigen Elektrolyten, der dissoziierte Natriumsalze in polaren protischen oder aprotischen L\u00f6sungsmitteln enth\u00e4lt. W\u00e4hrend des Ladevorgangs bewegen sich die Natriumionen von der Kathode zur Anode, w\u00e4hrend die Elektronen den externen Stromkreis durchlaufen. Bei der Entladung findet der umgekehrte Prozess statt. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Materialien (Anoden, Kathoden und Elektrolyt)<\/strong><\/h2>

Aufgrund der physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften von Natrium ben\u00f6tigen SIBs andere Materialien als die f\u00fcr LIBs verwendeten.<\/p>

Anoden<\/strong><\/h3>

SIBs verwenden Hartkohlenstoff, ein ungeordnetes Kohlenstoffmaterial, das aus einem nicht graphitisierbaren, nicht kristallinen und amorphen Kohlenstoff besteht. Die F\u00e4higkeit von Hartkohle, Natrium zu absorbieren, wurde im Jahr 2000 entdeckt. Diese Anode liefert nachweislich 300 mAh\/g mit einem abfallenden Potenzialprofil \u00fcber \u20530,15 V gegen<\/em> Na\/Na+<\/sup>. Es ist f\u00fcr etwa die H\u00e4lfte der Kapazit\u00e4t und ein flaches Potenzialprofil (ein Potenzialplateau) unterhalb von \u20530,15 V gegen<\/em> Na\/Na+<\/sup> verantwortlich. Graphitanoden f\u00fcr LIBs bieten typische Kapazit\u00e4ten von 300-360 mAh\/g. Die erste Natrium-Ionen-Zelle mit Hartkohle wurde 2003 demonstriert und zeigte eine durchschnittliche Spannung von 3,7 V beim Entladen. Hartkohle wird aufgrund ihrer hervorragenden Kombination aus Kapazit\u00e4t, (niedrigeren) Arbeitspotenzialen und Zyklenstabilit\u00e4t bevorzugt. <\/p>

Kathoden<\/strong><\/h3>

Natrium-Ionen-Kathoden speichern Natrium durch Interkalation. Aufgrund ihrer hohen Anzapfungsdichte, ihres hohen Betriebspotenzials und ihrer hohen Kapazit\u00e4t haben Kathoden auf der Basis von Natrium-\u00dcbergangsmetalloxiden die gr\u00f6\u00dfte Aufmerksamkeit erhalten. Um die Kosten niedrig zu halten, versucht die Forschung, kostspielige Elemente wie Co, Cr, Ni oder V zu minimieren. Ein P2-Typ Na2\/3<\/sub>Fe1\/2<\/sub>Mn1\/2<\/sub>O2<\/sub> Oxid aus erdreichen Fe- und Mn-Ressourcen kann reversibel 190 mAh\/g bei einer durchschnittlichen Entladungsspannung von 2,75 V gegen\u00fcber<\/em> Na\/Na+<\/sup> speichern, wobei das Fe3+\/4+<\/sup> Redox-Paar verwendet wird \u2013 auf dem gleichen oder besser als kommerzielle Lithium-Ionen-Kathoden wie LiFePO4<\/sub> oder LiMn2<\/sub>O4<\/sub>. Durch den Natriummangel wurde jedoch die Energiedichte verringert. Erhebliche Anstrengungen wurden unternommen, um Na-Richer-Oxide zu entwickeln. Kupfersubstituierte Na0,67Ni0<\/sub>,<\/sub>3-xCuxMn0<\/sub>,<\/sub>7O2-Kathodenmaterialien<\/sub> zeigten eine hohe reversible Kapazit\u00e4t mit besserer Kapazit\u00e4tserhaltung. Im Gegensatz zur kupferfreien Na0.67Ni0<\/sub>.<\/sub>3-xCuxMn0<\/sub>.<\/sub>7O2-Elektrode<\/sub> liefern die so hergestellten Cu-substituierten Kathoden eine bessere Natriumspeicherung.<\/p>

Die Forschung hat sich auch mit Kathoden auf der Basis von Polyanionen besch\u00e4ftigt. Solche Kathoden bieten eine geringere Anzapfdichte, was die Energiedichte aufgrund des sperrigen Anions verringert. Dies kann durch die st\u00e4rkere kovalente Bindung des Polyanions ausgeglichen werden, die sich positiv auf die Lebensdauer und Sicherheit auswirkt. Unter den auf Polyanionen basierenden Kathoden haben Natrium-Vanadium-Phosphat und Fluorophosphat eine ausgezeichnete Zyklenstabilit\u00e4t und bei letzterem eine akzeptabel hohe Kapazit\u00e4t (\u2053120 mAh\/g) bei hohen durchschnittlichen Entladespannungen (\u20533,6 V gegen<\/em> Na\/Na+<\/sup>) gezeigt. <\/p>

Elektrolyte<\/strong><\/h3>

Natrium-Ionen-Batterien k\u00f6nnen fl\u00fcssige und nicht fl\u00fcssige Elektrolyte verwenden. Das begrenzte elektrochemische Stabilit\u00e4tsfenster von Wasser f\u00fchrt zu niedrigeren Spannungen und begrenzten Energiedichten. Nichtfl\u00fcssige polare aprotische Karbonatester-L\u00f6sungsmittel erweitern den Spannungsbereich. Dazu geh\u00f6ren Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und Propylencarbonat. Der am weitesten verbreitete nichtfl\u00fcssige Elektrolyt verwendet Natriumhexafluorophosphat als Salz, das in einer Mischung dieser L\u00f6sungsmittel gel\u00f6st ist. Au\u00dferdem k\u00f6nnen Elektrolytzus\u00e4tze die Leistungskennzahlen verbessern. <\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Vergleich<\/strong><\/h3>

Natrium-Ionen-Batterien haben mehrere Vorteile gegen\u00fcber konkurrierenden Batterietechnologien. Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien haben Natrium-Ionen-Batterien etwas niedrigere Kosten, eine etwas geringere Energiedichte, bessere Sicherheitseigenschaften und \u00e4hnliche Leistungsmerkmale. <\/p>

In der nachstehenden Tabelle wird verglichen, wie NIBs im Allgemeinen im Vergleich zu den beiden derzeit auf dem Markt etablierten Akkutechnologien abschneiden: der Lithium-Ionen-Batterie und der wiederaufladbaren Blei-S\u00e4ure-Batterie.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Natrium-Ionen-Akku<\/strong><\/p><\/td>

Lithium-Ionen-Akku<\/strong><\/p><\/td>

Blei-S\u00e4ure-Batterie<\/strong><\/p><\/td><\/tr>

Kosten pro Kilowattstunde der Kapazit\u00e4t<\/strong><\/p><\/td>

$40-77<\/p><\/td>

137 $ (Durchschnitt im Jahr 2020).<\/p><\/td>

$100-300<\/p><\/td><\/tr>

Volumetrische Energiedichte<\/strong><\/p><\/td>

250-375 W-h\/L, basierend auf Prototypen<\/p><\/td>

200-683 W-h\/L<\/p><\/td>

80-90 W-h\/L<\/p><\/td><\/tr>

Gravimetrische Energiedichte (spezifische Energie)<\/strong><\/a><\/p><\/td>

75-165 W-h\/kg, basierend auf Prototypen und Produktank\u00fcndigungen<\/p><\/td>

120-260 W-h\/kg<\/p><\/td>

35-40 Wh\/kg<\/p><\/td><\/tr>

Zyklen bei 80% Entladetiefe<\/strong><\/p><\/td>

Hunderte bis Tausende.<\/p><\/td>

3,500<\/p><\/td>

900<\/p><\/td><\/tr>

Sicherheit<\/strong><\/p><\/td>

Geringes Risiko f\u00fcr w\u00e4ssrige Batterien, hohes Risiko f\u00fcr Na in Kohlenstoffbatterien<\/p><\/td>

Hohes Risiko<\/p><\/td>

M\u00e4\u00dfiges Risiko<\/p><\/td><\/tr>

Materialien<\/strong><\/p><\/td>

Die Erde ist reich an<\/p><\/td>

Knapp<\/p><\/td>

Giftig<\/p><\/td><\/tr>

Stabilit\u00e4t beim Radfahren<\/strong><\/p><\/td>

Hoch (vernachl\u00e4ssigbare Selbstentladung)<\/p><\/td>

Hoch (vernachl\u00e4ssigbare Selbstentladung)<\/p><\/td>

M\u00e4\u00dfig (hohe Selbstentladung<\/a>)<\/p><\/td><\/tr>

Gleichstrom-Rundreise-Wirkungsgrad<\/strong><\/p><\/td>

bis zu 92%<\/p><\/td>

85-95%<\/p><\/td>

70-90%<\/p><\/td><\/tr>

Temperaturbereich<\/strong><\/p><\/td>

-20 \u00b0C bis 60 \u00b0C<\/p><\/td>

Zul\u00e4ssig:-20 \u00b0C bis 60 \u00b0C.<\/p>

Optimal: 15 \u00b0C bis 35 \u00b0C<\/p><\/td>

-20 \u00b0C bis 60 \u00b0C<\/p><\/td><\/tr><\/tbody><\/table>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Jongia Mixing Technology ist immer in der Lage, bei der Auswahl der R\u00fchrwerkskonfiguration zu helfen.<\/h4>

Wenden Sie sich einfach an Jongia und bitten Sie um Unterst\u00fctzung.<\/em><\/h4>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Wir sind jederzeit f\u00fcr Ihre Mixeranfragen erreichbar. <\/strong><\/p>

Kontaktieren Sie uns unter: info@jongia.com <\/a>oder besuchen Sie weitere Artikel \u00fcber Ionen-Lithium-Batterien auf unserer Batterieseite<\/a>.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Dieser Artikel wurde unter Verwendung bestimmter Informationen aus den folgenden Websites verfasst:<\/p>

Natrium-Ionen-Batterie Wikipedia-Seite<\/a><\/p>

https:\/\/pubs.rsc.org\/en\/content\/articlelanding\/2017\/cs\/c6cs00776g<\/a><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

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Kontaktieren Sie unser spezialisiertes Team f\u00fcr alle Ihre Fragen<\/em><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Teun van der Spek<\/h2>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Area Sales Manager <\/span><\/h4>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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