Energie speichern: Natrium-Ionen-Batterien werden massentauglich

06.08.2025 – Natrium-Ionen-Batterien bieten schon heute eine gute Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien bei kleineren Haushaltsgeräten und beispielsweise stationären Speichern, bei denen Volumen und Gewicht nicht kritisch sind.

In den kommenden Jahren könnten sie jedoch auch in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, zeigt eine in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Energy & Environmental Science veröffentlichte Studie der Fraunhofer FFB und der Universität Münster. Materialienoptimierung mache eine Massenproduktion im Gigafactory-Bereich wahrscheinlich.

Nachhaltigere Batterie für die Verkehrswende

Energiespeicher sind einer der Dreh- und Angelpunkte der Energiewende. Angesichts des steigenden Bedarfs warnen Experten allerdings vor möglichen Engpässen bei der Lithiumversorgung. Lithium muss zudem in Bergbauverfahren gewonnen werden, die aufgrund der einhergehenden Umweltschäden und teilweise auch Menschenrechtsverletzungen in der Kritik stehen. Natrium-Ionen-Batterien gelten als umweltfreundliche und nachhaltige Alternative zu Batterien auf Lithium-Basis. Natrium kommt deutlich häufiger vor, ist leichter verfügbar und kostengünstiger, da es z.B. aus Natriumchlorid (Meersalz) gewonnen werden kann. (siehe Bild)

Natrium-Ionen-Batterien holen auf

In der Vergangenheit galten Natrium-Ionen-Batterien als weniger leistungsstark. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese pauschale Bewertung zu kurz greift“, fasst Studienautor Philipp Voß, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fraunhofer FFB, zusammen. Die Technologie sei vielfältiger als bislang angenommen. „Je nach Zellchemie unterscheiden sich die Energiedichte und die Klimabilanz zum Teil erheblich“, erklärt Voß. Die Studie belege dies erstmals durch umfassende Modellierungen industrieller Produktionsdaten im Maßstab von Gigafabriken mit Fokus auf die Energiedichte und den CO₂-Fußabdruck.

Derzeit speichern Natrium-Ionen-Batterien zwar noch weniger Energie als Lithium-Ionen-Batterien auf Basis von Lithium-Eisenphosphat. Gezielte Materialoptimierung könne den Abstand jedoch deutlich reduzieren und bei einzelnen Zellchemien sogar vollständig ausgleichen. Zellen mit Schichtoxid-Kathoden zählten zu den vielversprechendsten Kandidaten. In der Studie wurden Zellchemien und Materialien untersucht, die bereits von kommerziellen Herstellern weiterentwickelt werden.

Nachhaltige Zellchemie

Die Zellchemie der Natrium-Ionen-Batterien verursacht insgesamt weniger Emissionen als herkömmliche Batterien. In der Studie wird besonders die Verwendung von Hartkohlenstoff (Hard Carbon) als Anodenmaterial als vorteilhaft hervorgehoben. In Lithium-Ionen-Batterien werde hingegen synthetisches Graphit verwendet, dessen Herstellung besonders energieintensiv ist. Hard Carbon lasse sich deutlich klimafreundlicher und günstiger produzieren. Die etwas geringere spezifische Energiedichte sei aktuell noch ein Nachteil, der sich jedoch mit gezielten Materialverbesserungen absehbar ausgleichen ließe.

Unabhängiger werden

Natrium-Ionen-Batterien sind in China bereits auf dem Markt und Europa im Verzug. Mehrere Unternehmen planen eine Produktion im Gigafactory-Maßstab. Das wird möglich, da Natrium-Ionen-Batterien als sogenannte Drop-In-Technologie in bestehenden Fertigungslinien für Lithium-Ionen-Batterien produziert werden können. Markteintritt und Hochskalierung sind so deutlich schneller möglich.

Ein vermehrter Einsatz von Natrium-Ionen-Batterien ist nicht nur umweltfreundlicher, sondern macht die deutschen und europäischen Märkte und Verbraucher auch unabhängiger von Handelspartnern wie China, die bei mehreren Rohstoffen nahezu Monopolstellung besitzen. Die größten Lithiumminen befinden sich zwar in Südamerika und Australien. In China werden jedoch mehr als zwei Drittel des weltweit gehandelten Lithiums zu batterietauglichem Lithiumcarbonat oder Lithiumhydroxid verarbeitet. jb