Was sind Natrium-Ionen-Batterien und könnten sie Lithium ersetzen?

Natriumionenbatterien (Na-ion) verwenden Natriumionen anstelle von Lithiumionen, um Energie zu speichern und zu liefern. Natrium ist viel häufiger und umweltfreundlicher als Lithium, aber es gibt noch einige Herausforderungen, um Natrium-Ionen-Batterien zum neuen Batterie-Champion zu machen.

Batterien werden immer wichtiger im Alltag, und wer eine bessere Batterie erfindet, hat die Welt auf dem Teller. Natrium-Ionen-Batterien sind ein Top-Anwärter auf die Krone von Lithium-Ionen-Batterien, aber was genau macht sie so besonders?

Was ist ein Natrium-Ion Batterie?

Natrium-Ionen-Batterien sind Batterien, die Natriumionen (winzige Partikel mit positiver Ladung) anstelle von Lithiumionen verwenden, um Energie zu speichern und abzugeben. Natrium-Ionen-Batterien begannen sich in den 1990er Jahren als mögliche Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, die üblicherweise in Telefonen und Elektroautos verwendet werden, kommerziell durchzusetzen.

Funktionsweise von Natrium-Ionen-Batterien

Natrium-Ionen-Batterien, auch Na-Ionen-Batterien genannt, nutzen eine chemische Reaktion, um elektrische Energie zu speichern und wieder abzugeben. Wie alle Batterien haben sie zwei Elektroden (eine positive Elektrode und eine negative Elektrode), die durch einen Elektrolyten getrennt sind, bei dem es sich um eine spezielle Substanz handelt, die es Ionen (winzigen Partikeln mit positiver oder negativer Ladung) ermöglicht, sich zwischen den Elektroden zu bewegen.

VERWANDTEWas ist eine Graphen-Batterie und wie wird sie die Technologie verändern?

Natrium-Ionen-Batterien funktionieren ähnlich wie Lithium-Ionen-Batterien, aber sie verwenden Natrium-Ionen anstelle von Lithium-Ionen. Die Wahl der Materialien für die Elektroden und Elektrolyte kann sich auf die Leistung und Lebensdauer der Batterie auswirken, daher experimentieren Forscher ständig mit verschiedenen Kombinationen, um die beste Kombination aus Kosten, Leistung und Sicherheit zu finden. Im Allgemeinen enthalten die Kathode (die negative Elektrode) und der Elektrolyt Natrium.

Was macht Natrium-Ionen-Batterien großartig?

Lithium-Ionen-Batterien sind im Moment die Nummer eins, und es wird viel geforscht sie noch besser zu machen, als sie jetzt sind. Dennoch haben Natrium-Ionen-Batterien einige deutliche Vorteile gegenüber ihnen.

Natrium ist ein viel häufiger vorkommendes Element als Lithium, wodurch es einfacher und billiger zu beschaffen ist. Dadurch könnten Natrium-Ionen-Batterien kostengünstiger in der Herstellung als Lithium-Ionen-Batterien und obendrein umweltfreundlicher werden!
Natrium-Ionen-Batterien haben das Potenzial, eine ähnliche Energiedichte wie Lithium-Ionen-Batterien zu bieten, was sie ausmacht geeignet für eine breite Palette ähnlicher Anwendungen, obwohl sie noch nicht ganz so weit sind.
Natrium-Ionen-Batterien gelten im Allgemeinen als sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, da sie weniger anfällig für Überhitzung und Hängenbleiben sind Feuer. Obwohl mehrere experimentelle Lithiumbatterien eine unglaubliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Beschädigungen gezeigt haben, die aktuelle Batterien zum Explodieren bringen würden.

Die Nachteile von Natrium-Ionen-Batterien

Es gibt keine perfekte Batterietechnologie, und es gibt eine Einige Gründe, warum Natrium-Ionen-Batterien Lithium noch nicht abgelöst haben.

Natrium-Ionen-Batterien haben eine niedrigere Spannung (2,5 V) als Lithium-Ionen-Batterien (3,7 V), was bedeutet, dass sie möglicherweise nicht für Hochleistungsanwendungen geeignet sind, bei denen viel Energie schnell geliefert werden muss.
Sie haben eine langsamere Lade-/Entladerate als Lithium-Ionen-Batterien, die möglicherweise nicht für Anwendungen geeignet sind, die schnell viel Leistung liefern müssen (z. B. Elektrofahrzeuge).
Natrium-Ionen-Batterien immer noch haben begrenzte Ladezyklen, bevor sich der Akku zu verschlechtern beginnt, und einige Lithium-Ionen-Akkus (wie LiFeP04) können 10.000 Zyklen erreichen, bevor sie sich verschlechtern.

Abgesehen von diesen technischen Vor- und Nachteilen muss die Herstellungskette für Natrium-Ionen-Batterien noch einige Probleme lösen, bevor sie zu einem weit verbreiteten kommerziellen Produkt werden kann. Ganz zu schweigen davon, dass Ingenieure und Wissenschaftler an Lösungen für die verbleibenden Schwachstellen dieser Batterietechnologie arbeiten.

Das gegenwärtige und zukünftige Potenzial von Natrium- Ionenbatterien

Forscher und Unternehmen auf der ganzen Welt arbeiten daran, die Leistung und Marktfähigkeit von Natrium-Ionen-Batterien zu verbessern. Zu den wichtigsten Schwerpunktbereichen gehören die Verbesserung der Energiedichte und Spannung von Natrium-Ionen-Batterien sowie die Erhöhung ihrer Lebensdauer und Lade-/Entladerate.

Wenn diese Bemühungen erfolgreich sind, könnten Natrium-Ionen-Batterien ein zukunftsfähige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien. Sie könnten möglicherweise in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, darunter tragbare Elektronik, Elektrofahrzeuge und stationäre Energiespeichersysteme.

VERWANDTEWie lange halten die Batterien von Elektroautos eigentlich?

Im Jahr 2022 gelang Forschern des US-Energieministeriums ein großer Durchbruch bei der Verbesserung der Haltbarkeit von Natrium-Ionen-Batterien. Indem ein Teil der Chemie in der Batterie geändert wurde, hielten die münzgroßen Prototypbatterien über 300 Zyklen, während sie eine Kapazität von mehr als 90 % beibehielten. Aber auch ohne diesen neuen Ansatz in der Chemie scheinen Natrium-Ionen-Batterien ohnehin kurz vor der Massenproduktion zu stehen.

Natrium-Ionen-Massenproduktion hat bereits begonnen

Im Dezember 2022 wurde berichtet, dass ein Unternehmen namens HiNa in Partnerschaft mit der staatseigenen China Three Gorges Corporation mit der Massenproduktion von Natrium-Ionen-Batterien begonnen hatte. Die erste Generation von HiNa-Batterien bietet Energiedichtewerte von 125 Wh/kg, was etwa der Hälfte von Lithium-Ionen-Batterien entspricht. Allerdings sind diese Akkus für etwa 4500 Ladezyklen ausgelegt, was deutlich mehr ist als bei typischen Lithium-Ionen-Akkus.

Typische Lithium-Eisenphosphat-Batterien bieten ähnliche Energiedichten wie Natrium-Ionen-Batterien, und auch die Nennzahl der Ladezyklen ist ähnlich. Das bringt Natrium-Ionen-Batterien in direkten Wettbewerb mit diesen Batterien für Anwendungen wie Backup-Wechselrichter oder Elektrofahrzeuge.

Die nächste Generation dieser HiNa-Batterien soll eine Energiedichte von 200 Wh/kg haben, und nachfolgende Generationen sollen diese noch übertreffen. In Anbetracht der Tatsache, dass einige Elektroautos mit Lithiumbatterien eine Energiedichte von unter 250 Wh/kg haben, haben diese frühen massenproduzierten Natrium-Ionen-Batterien ein ernsthaftes Potenzial, die Kosten der Stromspeicherung zu senken.

Allerdings genau wie LiFeP04-Batterien , erwarten Sie diese Technologie nicht in absehbarer Zeit in Ihrem Smartphone oder Laptop. Bei diesen kleinen Geräten ist die Energiedichte immer noch die wichtigste Überlegung. Seien Sie jedoch nicht überrascht, wenn Ihr Elektroauto oder Ihr Solarbatteriesystem in naher Zukunft etwas salziger wird.

The Best Portable Chargers of 2023 Best Portable Charger Overall Anker PowerCore Slim 10000 Portable Charger Amazon

$21.99

Bestes preisgünstiges tragbares Ladegerät Iniu Tragbares Ladegerät Amazon

$21,99
$35,97 Sparen Sie 39 %

Bestes tragbares Ladegerät für Laptops Omni 20 Tragbares Ladegerät Amazon

$299,00

Bestes tragbares Solarladegerät Goal Zero Nomad 7 Tragbares Ladegerät Amazon

$124,99

Bestes robustes tragbares Ladegerät Techsmarter 20.000 mAh Robuste Powerbank Amazon

59,99 $

Bestes kleines tragbares Ladegerät Anker 321 PowerCore 5K Amazon

$24,99

Bestes tragbares Ladegerät für iPhone Mophie Snap+ Tragbares Ladegerät Amazon

40,04 $
49,95 $ Sparen Sie 20 %

LESEN WEITER

› So machen Sie Ihr Telefon nützlich, wenn kein Internet verfügbar ist
› Wie viel Zeit sparen Sie mit YouTube Premium?
› Ist Wasserkühlung in Gaming-Laptops das nächste große Ding?
› So aktualisieren Sie TikTok
› So sehen Sie UFC 284 Makhachev vs. Volkanovski live online
› Die 8 größten Software-Gaffes von Apple