Wie Natrium das Spiel für Batterien verändern könnte

May 06, 2023

Billigere Batterien könnten in Sicht sein.

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Schnall dich an, denn diese Woche geht es um Batterien.

In den letzten Monaten habe ich viele Ankündigungen zu einem neuen Batterietyp gesehen, der die Dinge erheblich auf den Kopf stellen könnte, wenn sich alle Versprechungen, die ich höre, als wahr erweisen.

Der neue Herausforderer? Natrium-Ionen-Batterien, die Natrium durch Lithium ersetzen, das heute die meisten Elektrofahrzeuge und Geräte wie Mobiltelefone und Laptops antreibt.

Natrium-Ionen-Batterien könnten bereits Ende dieses Jahres in einige Bereiche des Batteriemarktes vordringen und die Kosten für Elektrofahrzeuge erheblich senken . Ich habe eine Geschichte über alle jüngsten Ankündigungen geschrieben, und Sie sollten sie lesen, wenn Sie neugierig sind, welche Unternehmen auf diesen Trend aufspringen und welche Pläne sie haben.Aber für den Newsletter dieser Woche wollen wir etwas tiefer in die Chemie eintauchen und überlegen, was die Details für die Zukunft von EV-Batterien bedeuten könnten.

Einer der Gründe dafür, dass Lithium heutzutage die Batterien dominiert, ist absolut verblüffend einfach: Es ist klein.

Ich meine das im wahrsten Sinne des Wortes, im atomaren Sinne. Lithium ist das drittleichteste Element und schwerer als nur Wasserstoff und Helium. Wenn es darum geht, kompakte, leichte Batterien herzustellen, ist das leichteste Metall, das es gibt, kaum zu schlagen.

Und Gewicht und Größe zu reduzieren ist das Ziel bei der Herstellung von iPhones und Elektrofahrzeugen: Ein leichter, leistungsstarker Akku bedeutet, dass Ihr Telefon kleiner sein kann und Ihr Auto weiter fahren kann. Eine der wichtigsten Methoden, mit denen wir den Fortschritt bei Batterien messen, ist die Energiedichte – wie viel Energie eine Batterie in einer bestimmten Größe packen kann.

Natriumbasierte Batterien könnten noch in diesem Jahr auf den Markt kommen, wenn die Unternehmen ihre Pläne umsetzen.

Wenn man sich diese chemische Realität anschaut, ist es kaum verwunderlich, dass Lithium-Ionen-Batterien seit ihrem kommerziellen Debüt in den 1990er Jahren explosionsartig an Popularität gewonnen haben.Natürlich spielen auch andere Faktoren eine Rolle, etwa die Fähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus, hohe Spannungen zu erreichen, um viel Leistung zu liefern, aber der Vorteil, leicht und tragbar zu sein, ist kaum zu überschätzen.

Auch Lithium-Ionen-Batterien haben von ihrer Vormachtstellung profitiert. Es gibt unzählige Forscher auf der ganzen Welt, die nach neuen Materialien und neuen Möglichkeiten zum Bau von Lithium-Ionen-Zellen suchen, und viele Unternehmen stellen sie in größerer Zahl her – was alles zu einer höheren Effizienz führt. Infolgedessen sind die Kosten seit Jahrzehnten praktisch jedes Jahr gesunken (mit der bemerkenswerten Ausnahme von 2022).

Und gleichzeitig steigt die Energiedichte, ein Trend, für den ich persönlich dankbar bin, weil ich oft tagelang vergesse, mein Telefon aufzuladen, und wenn das jetzt passiert, klappt es normalerweise viel besser als nach ein paar Tagen Jahre zuvor.

Aber nur weil Lithium-Ionen-Akkus heute die Batteriewelt dominieren, heißt das nicht, dass sie die Konkurrenz für immer verdrängen werden.

Ich habe bereits über die wachsende Zahl an Optionen in der Batterieindustrie geschrieben, hauptsächlich im Zusammenhang mit der stationären Speicherung im Stromnetz.Dies ist besonders wichtig beim Übergang zu intermittierenden erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne.

Während Backup-Systeme heutzutage in der Regel auf Lithium-Ionen-Batterien zurückgreifen, da diese verfügbar sind, arbeiten viele Unternehmen daran, Batterien zu bauen, die irgendwann noch billiger und robuster sein könnten. Mit anderen Worten: Viele Forscher und Unternehmen wollen Batterien speziell für die stationäre Speicherung entwickeln.

Neue Batterien könnten beispielsweise aus reichlich vorhandenen Materialien wie Eisen oder Kunststoff hergestellt werden und Wasser statt organischer Lösungsmittel für den Ladungstransport verwenden, um anhaltenden Bedenken hinsichtlich der Sicherheit groß angelegter Lithium-Ionen-Batterieinstallationen Rechnung zu tragen.

Aber im Vergleich zur stationären Speicherung gibt es aufgrund der hohen Anforderungen, die wir an unsere Fahrzeuge stellen, weniger Kandidaten, die in Elektrofahrzeugbatterien funktionieren könnten.Heutzutage herrscht auf dem kommerziellen Markt der größte Wettbewerb zwischen den verschiedenen Geschmacksrichtungen von Lithium-Ionen-Batterien, wobei einige kostengünstigere Versionen, die kein Kobalt und Nickel enthalten, in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen haben.

Doch auch das könnte sich bald ändern, denn direkt unter Lithium im Periodensystem lauert ein Herausforderer: Natrium.Natrium ähnelt in gewisser Weise Lithium, und aus diesem Material hergestellte Zellen können ähnliche Spannungen wie Lithium-Ionen-Zellen erreichen (was bedeutet, dass die chemischen Reaktionen, die die Batterie antreiben, fast genauso stark sind).

Und entscheidend ist, dass Natriumbatterien in letzter Zeit mehr Energie in ein kleineres Paket packen. Im Jahr 2022 lag die Energiedichte von Natrium-Ionen-Batterien in etwa auf dem Niveau einiger Lithium-Ionen-Batterien der unteren Preisklasse vor einem Jahrzehnt – als frühe kommerzielle Elektrofahrzeuge wie der Tesla Roadster bereits auf der Straße waren.

Prognosen des BNEF deuten darauf hin, dass Natrium-Ionen-Batterien bis 2025 Packungsdichten von fast 150 Wattstunden pro Kilogramm erreichen könnten. Und einige Batteriegiganten und Autohersteller in China glauben, dass die Technologie bereits gut genug für die Hauptsendezeit ist. Weitere Informationen zu diesen Ankündigungen und dazu, wann wir möglicherweise die ersten Autos mit Natriumbatterie auf der Straße sehen, finden Sie in meiner Geschichte über die Technologie.

So könnten Natriumbatterien in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen.

Über das Potenzial für diese Art von Fortschritt habe ich in einer Geschichte vom Januar darüber geschrieben, was wir dieses Jahr bei Batterien sehen könnten.

Natrium könnte mit kostengünstigen Lithium-Ionen-Batterien konkurrieren – diese Lithium-Eisenphosphat-Batterien machen einen wachsenden Anteil der Elektrofahrzeugverkäufe aus.

Machen Sie einen Rundgang durch einige andere nicht auf Lithium basierende Batterien:

Ein Startup sagt, dass es in fünf Jahren bereit sein wird, das weltweit erste Fusionskraftwerk in Betrieb zu nehmen. Ja, Sie haben richtig gelesen: fünf Jahre.

Helion Energy, ein von Sam Altman von OpenAI unterstütztes Fusions-Startup, gab bekannt, dass es eine Vereinbarung zum Verkauf von Strom an Microsoft unterzeichnet hat. Das Unternehmen gibt an, dass seine erste Anlage im Jahr 2028 ans Netz geht und innerhalb eines Jahres danach die volle Kapazität (50 Megawatt Leistung) erreichen wird.

Wie Sie sich vielleicht erinnern, erreichte die Energiewelt im Dezember einen großen Meilenstein, als eine Fusionsreaktion mehr Energie erzeugte, als zu ihrem Start aufgewendet wurde. Aber aus vielen Gründen bedeutet dieser symbolische Moment nicht unbedingt, dass billige Fusionsenergie in greifbarer Nähe ist. Und einige Experten stehen der Ankündigung von Helion ziemlich skeptisch gegenüber. Lesen Sie mehr über die Details in dieser Geschichte von meinem Kollegen James Temple.

Benötigen Sie ein paar zusätzliche Kilometer Reichweite für Ihr Elektrofahrzeug? Ich könnte genauso gut ein paar Solarpaneele auf das Dach kleben. Aber erwarten Sie keinen allzu großen Aufschwung. (Bloomberg)

Zum ersten Mal in meinem Leben leide ich unter saisonalen Allergien. Und der Klimawandel könnte etwas damit zu tun haben . (Der Atlantik)

Unternehmen könnten das Potenzial für sogenanntes „erneuerbares Erdgas“ überbewerten. Obwohl dadurch die Emissionen im Vergleich zu fossilen Quellen gesenkt werden können, befürchten Kritiker, dass eine zu große Bevorratung von Methan aus Kuhmist oder Lebensmittelabfällen die Bemühungen zum Verzicht auf fossile Brennstoffe verlangsamen würde. (Kanarische Medien)

→ Ich habe Anfang des Jahres darüber geschrieben, wie der Prozess zur Herstellung und Gewinnung von Methan aus Lebensmittelabfällen funktioniert. (MIT Technology Review)

Aubrey Plaza ist urkomisch und ein Geschenk an diese Welt,Einige Leute sind jedoch nicht so glücklich über eine kürzlich von ihr für die Milchindustrie geschaltete Anzeige, in der es um pflanzliche Milch geht.(Vox)

Indien könnte aufhören, neue Kohlekraftwerke in die Pipeline aufzunehmen . Dies würde zwar nicht alle aktuellen Bauarbeiten stoppen, könnte aber die Emissionssenkungen des Landes deutlich vorantreiben. (Reuters)

Ein Großteil der Arbeit zur Verbesserung der Batterieleistung konzentrierte sich im Wesentlichen auf eine Hälfte des Geräts: die Kathode.Einige Unternehmen arbeiten jedoch hart daran, die oft übersehenen Anoden durch den Einsatz von Silizium zu verbessern.(IEEE-Spektrum)

→ Siliziumanoden des Startups Sila feierten vor fast zwei Jahren ihr Debüt in Fitness-Trackern. Der nächste Halt? Elektrofahrzeuge. (MIT Technology Review)

Laut einer neuen Gallup-Umfrage hat die Unterstützung für die Kernenergie in den USA gerade den höchsten Stand seit über einem Jahrzehnt erreicht . (Mahlgut)

Im vergangenen Jahr machten Elektrofahrzeuge 80 % der norwegischen Neuwagenverkäufe aus.Das Land bietet ein Bild der potenziellen Zukunft des elektrifizierten Verkehrs mit seinen Vorteilen (sauberere Luft!) und Herausforderungen (lange Ladeleitungen).(New York Times)

Wärmebatterien könnten dazu beitragen, Emissionen zu reduzieren, indem sie neue Wege zur Nutzung von Solar- und Windenergie eröffnen.

Natriumbasierte Batterien könnten noch in diesem Jahr auf den Markt kommen, wenn die Unternehmen ihre Pläne umsetzen.

Helion, unterstützt von Sam Altman von OpenAI, hat Microsoft bereits als ersten Kunden ausgewählt.

Da der Klimawandel weltweit immer mehr Gemeinden anfällig für Brände macht, erfordert die Anpassung möglicherweise mehr soziale Veränderungen als die Werkstofftechnik.

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