Natriumbatterie: Wie wählt man die Form der Batterie?

Aus Marktsicht sollte die Wahl der Batterieform auf den Bedürfnissen der Endgeräte basieren, wobei die Vorteile verschiedener Batterieformen hinsichtlich Struktur, Prozess und Gerätereife zum Tragen kommen sollten.

Gaogong Energy Storage ist der Ansicht, dass man durch die Beobachtung der unterstützenden Anwendungsform von Lithiumbatterien einen Einblick in das zukünftige Entwicklungsmuster von Natriumbatterien gewinnen kann.

Im Energiemarkt können prismatische Lithium-Batterien dank ihrer hohen Flexibilität die kundenspezifischen Anforderungen von Automobilherstellern erfüllen. Sie dominieren derzeit den Markt mit einem Marktanteil von 92 %. Die Marktdurchdringung von flexiblen und zylindrischen Lithium-Batterien ist im Energiemarkt vergleichsweise gering.

Wenn Natriumbatterien künftig im Marktsegment der A-Klasse und darunter mit Lithiumbatterien konkurrieren, können Batteriehersteller den Produktionsprozess und die Ausrüstung für quadratische Lithiumbatterien weiterentwickeln, um sich einen Kostenvorteil zu verschaffen.

Im Energiespeichermarkt entfallen derzeit über 70 % des Gesamtmarktanteils auf elektrische Energiespeicher. Sie werden in der Stromerzeugung, im Stromnetz sowie in Industrie und Gewerbe eingesetzt. Die Batterieform ist hauptsächlich quadratisch oder zylindrisch.

Bei kleinen Energiespeichern wie Haushalts- und tragbaren Energiespeichern sind zylindrische Batterien derzeit der Marktführer. Zylinder der Größen 18650, 21700 und größer werden in einigen Fällen in kleinen Serien und bei strengeren Ladeanforderungen eingesetzt.

Im Bereich der Energiespeicherung für die Kommunikation handelt es sich aufgrund des hohen Standardisierungsgrades im nachgelagerten Markt bei den in diesem Bereich verwendeten Lithium-Batteriepacks hauptsächlich um standardisierte Produkte, wobei quadratische LFP-Akkus mit 48 V und 50 Ah sowie 48 V und 100 Ah und andere Produktmodelle am weitesten verbreitet sind.

Was die derzeit gängigste Form von Lithium-Ionen-Batterien zur Energiespeicherung betrifft, so könnte es daher in Zukunft schneller und bequemer sein, wenn Natrium-Ionen-Batterien mit quadratischen, großen und kleinen Zylindern auf Basis der Windrichtung bei Landungsanwendungen sowie der Originalausrüstung und ausgereiften Technologie der Fabrik in den Energiespeichermarkt eintreten würden.

Im Hinblick auf Softpack-Natriumbatterien weisen diese gegenüber quadratischen und zylindrischen Batterien differenzierte Vorteile auf: Erstens ist die bei Softpack-Batterien verwendete Aluminium-Kunststoff-Folie weniger explosionsgefährdet als quadratische und zylindrische Hartschalenverpackungen; Schalenbatterien sind 40 % leichter, 20 % leichter als Aluminiumschalenbatterien, wodurch das Gewichtsproblem von Natriumbatterien direkt angegangen wird.

Laut Beobachtungen von Gaogong Energy Storage nutzen die meisten Natriumbatteriehersteller derzeit Softpack-Natriumbatterien als erste Testversion. Zukünftig werden sie, entsprechend den Markttrends und Marktszenarien, weitere Natriumbatterieprodukte entwickeln und produzieren. Es gibt auch Unternehmen, die sich direkt auf spezielle Softpack-Lithiumbatterien konzentrieren und in den Natrium-Elektrolyseurmarkt einsteigen.

In diesem Zusammenhang veranstalten Gaogong Energy Storage, das Gaogong Industry Research Institute und Gaogong Lithium Battery am 24. April 2023 in Suzhou den Gaogong Sodium Power Industry Summit. Über 100 Unternehmen aus der vorgelagerten und nachgelagerten Wertschöpfungskette sowie mehr als 500 Gäste aus der gesamten Wertschöpfungskette werden zu diesem Treffen eingeladen. Die Unternehmen der Natrium-Stromindustrie werden dort die Entwicklungschancen und Herausforderungen der Branche eingehend erörtern. Seien Sie gespannt!

Ausgehend von ihren jeweiligen Vorteilen und zukünftigen Markttrends haben verschiedene Batteriehersteller ausschließlich oder in Kombination quadratische, Softpack- und zylindrische Natriumbatterien entwickelt. Im Einzelnen:

Quadratische Natrium-Elektrizität

In dieser Phase ist die Produktionskompatibilität von Natrium- und Lithiumbatterien relativ hoch. Führende Batteriehersteller nutzen hauptsächlich ihre eigenen, mit der Natriumbatterieproduktion kompatiblen Lithiumbatterie-Produktionslinien, während aufstrebende Natriumbatteriehersteller vorwiegend im Auftrag von Kunden (OEM) produzieren.

Betrachtet man die bestehende Produktionslinie für Lithium-Ionen-Akkumulatoren, so dominiert derzeit die quadratische Bauform, und auch der Marktanteil quadratischer Laminate im Energiespeicherbereich steigt weiter. Diese beiden Entwicklungen könnten die zukünftige Form von Natrium-Ionen-Akkumulatoren beeinflussen.

Gaogong Energy Storage ist der Ansicht, dass es in der frühen Phase der Industrialisierung der Natriumstromerzeugung aus Kostengründen nicht viele Stimmen gibt, die in den Bau neuer Natriumstromerzeugungsanlagen investieren, und dass es kostengünstiger ist, weiterhin auf die Produktion von Lithiumstrom zu setzen.

Aus der Perspektive von Unternehmen mit einem Layout von quadratischen Natriumkraftwerken gibt es derzeit CATL, Phylion, Zhongkehaina, Haiji New Energy usw.

Laut der Analyse von GGII liegt der Vorteil zylindrischer Batterien in ihrer Standardisierung. Die Standardisierung der Batteriezellen fördert die Standardisierung der Produktionslinien und kann die Produktionseffizienz steigern. Der Wickelprozess für zylindrische Batterien ist relativ ausgereift, hochautomatisiert und weist eine gute Konsistenz auf. Die Kosten können um mehr als 10 % gesenkt werden. Darüber hinaus zeichnet sich die zylindrische Batteriezelle durch einen geringen Innenwiderstand und eine gute Wärmeableitung dank der Ausführung mit allen Anschlüssen aus.

Erwähnenswert ist, dass EVE Lithium Energy im Dezember 2022 ein großes zylindrisches Natrium-Ionen-Batterieprodukt auf den Markt gebracht hat. Die positive Elektrode besteht aus Schichtoxid, die negative Elektrode aus Hartkohlenstoff, die Energiedichte beträgt 135 Wh/kg und die Anzahl der Zyklen erreicht 2500.

Aus Sicht des Energiespeicher-Portfolios von EVE Lithium Energy decken die Produktlösungen die Anwendungsanforderungen der Stromerzeugung, des Stromnetzes und der Endverbraucher ab und eignen sich für diverse extreme Umgebungen wie extreme Kälte, große Höhen, Regengebiete, Wüsten und Küstenregionen. Gaogong Energy Storage ist überzeugt, dass EVE Lithium Energy mit seinen Tieftemperatureigenschaften und den großvolumigen zylindrischen Natriumbatterien erfolgreich in den Energiespeichermarkt alpiner Regionen einsteigen kann.

Zu den Unternehmen, die sich für großzylindrische Natriumbatterien entscheiden, gehört auch Duofluoride. Deren Natriumbatterien wurden zunächst auf Basis von Softpack-Batterien evaluiert und anschließend zu großzylindrischen Natriumbatterien weiterentwickelt. Berichten zufolge erreichte die erste Generation großzylindrischer Natriumbatterien eine elektrische Energiedichte von über 140 Wh/kg, und die elektrische Leistung der zweiten Generation soll weiter verbessert werden.

Hinsichtlich der Produktionskapazität verfügt Duofluoride derzeit über eine Natriumstromproduktionskapazität von fast 1 GWh am Standort Jiaozuo, und der Standort Nanning mit 5 GWh wird zukünftig mit der Natriumstromproduktion kompatibel sein; hinsichtlich der Anwendungsszenarien werden Polyfluorid- und Polynatrium-Strom hauptsächlich in Zweirädern, Dreirädern, kleinen Energiespeichern, Notstromversorgungen und anderen Bereichen eingesetzt.

Darüber hinaus konzentriert sich Natrium Innovative Energy, eine der neuen Technologien der Natriumelektrolyse, hauptsächlich auf zylindrische und flexible Natrium-Batterien. Ihre Anwendungsmöglichkeiten liegen vor allem in der Haushaltsspeicherung, in Mikro-Elektrofahrzeugen, Mobilfunkbasisstationen und anderen Bereichen. Die nanozylindrische Natrium-Batterie von Zhongkehai wurde ebenfalls auf dem Haohua Fairy vorgestellt. Die Energiedichte dieser Batterie beträgt 140 Wh/kg.

Derzeit setzen Batteriehersteller auf Softpack-Natriumbatterien. Diese werden zum einen für Produkttests und zum anderen zur Reduzierung des Gewichts herkömmlicher Natriumbatterien und zur Verbesserung der Energiedichte entwickelt. Solche Materialien sind leichter, bieten mehr Platz für Batteriezellen und weisen eine höhere Energiedichte auf.

Funeng Technology, der führende chinesische Hersteller von Softpack-Batterien, gab kürzlich bekannt, dass er von der Jiangling Group die Batteriebezeichnung für EV3-Modelle erhalten hat und Natriumionen-Batteriepack-Baugruppen von Funeng Technology beziehen wird. Er verpflichtet das Unternehmen, in der ersten Jahreshälfte mit der Massenproduktion der Batterien zu beginnen.

Zuvor hatte Funeng Technology die neueste Pouch-Batterie-Technologie SPS auf den Markt gebracht, die vier innovative Technologien integriert: große Pouch-Zelle, großes Pouch-Batteriesystem, Herstellung großer Pouch-Batterien und direktes Recycling. Dadurch wird die Auswahl an Batteriematerialien erweitert und die Batterie ist kompatibel mit hoch-Nickel-Ternärbatterien, niedrig-Nickel-Lithium-reichen Manganbatterien, Lithium-Eisen-Mangan-Phosphat, Natriumionen usw.

In Verbindung mit der Meldung über die Übernahme von Jiangling EV3 durch Funeng Technology ist Gaogong Energy Storage überzeugt, dass Funengs Natrium-Batterien dank der SPS-Technologie einzigartige Vorteile für den Markteintritt bieten. Die Produktionskapazität für ternäre Batterien im Werk Ganzhou von Funeng Technology wurde bereits auf Natrium-Batterien umgestellt, wodurch die Voraussetzungen für die Massenproduktion von Natrium-Batterien erfüllt sind.

Darüber hinaus setzen auch neue Energieversorger wie Jia Na Energy und Xingkong Na Power auf Softpack-Natriumbatterien. Jia Na Energy verwendet dabei Polyanionen, während Xingkong Na Power auf Preußischblau setzt. Letzteres wurde bereits erfolgreich in Pouch-Batteriesystemen eingesetzt, und eine Pilotanlage für Natriumbatterien wurde eingerichtet.

Erwähnenswert ist, dass auch Energiespeicherunternehmen ihre Forschung und Entwicklung im Bereich Natriumionen-Batterien intensivieren. Paineng Technology erhielt im März die TÜV Rheinland-Zertifizierung für seine Natriumionen-Batterie. Zuvor war Power Technology mit Lithium-Ionen-Batterien im Softpack-Verfahren in den Markt für Haushaltsspeicher eingestiegen. Laut einer Analyse von Gaogong Energy Storage wird Power Technology weiterhin auf die bewährte Produktionslinie für Lithium-Ionen-Batteriezellen im Softpack-Verfahren setzen und dadurch künftig einen entscheidenden Vorteil bei der Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien im Softpack-Verfahren haben.