Natrium ist in der Natur reichlich vorhanden – seine Häufigkeit in der Erdkruste ist mehr als 400-mal höher als die von Lithium. Würde nur 1 % davon zu Natriumbatterien verarbeitet, könnten bei einem globalen jährlichen Speicherzubau von 1 TWh damit der Speicherbedarf von 15 Milliarden Jahren gedeckt werden. Doch bislang blieb die Entwicklung der Natriumbatterie hinter den Erwartungen zurück, was zu zwei verbreiteten Fehleinschätzungen führte: dass der Markt für Natriumionenbatterien klein sei und dass die Industrialisierung langsam verlaufe.

Am 12. Dezember stellte HiTHIUM auf seinem zweiten Ecosystem Day die erste Natriumionenbatterie speziell für Stromnetzspeicher vor – die ∞Cell N162Ah – und ermöglicht damit die freie Wahl von Natriumbatterien auch in Extremumgebungen.

Die Natriumionenbatterie ∞Cell N162Ah nutzt den Polyanion-Technologiepfad (Eisennatrium-Phosphat-Pyrophosphat-Kathode kombiniert mit Hartkohlenstoff-Anode) und wurde speziell für Speicherszenarien mit weitem Temperaturbereich und hohen Entladeraten entwickelt. Sie bietet deutliche Vorteile bei Zyklenleistung, Temperaturbereich, Hochstrom-Lade-/Entladeleistung und Energieeffizienz und erfüllt somit hervorragend die heutigen umfassenden Anforderungen an Stromnetzspeicher.

Eine neue Welt der Natriumbatterie-Energiespeicher eröffnen

Voraussichtlich im vierten Quartal 2025 wird die Natriumionenbatterie ∞Cell N162 Ah die GWh-Serienfertigung erreichen, den Industrialisierungsprozess der Natriumbatterie-Speicher beschleunigen und offiziell die „Natriumzeit“ der Stromnetzspeicher einläuten.

Dr. Zheng Jianming, Direktor des HiTHIUM Battery Research Institute, betonte: „Bis zu einem gewissen Grad wurde die Industrialisierung der Natriumbatterie immer wieder verschoben, weil sie kein wirklich großflächiges Anwendungsszenario gefunden hat. Doch ‚Großszenarien treiben Großindustrien‘ – und Stromnetzspeicher sind genau das große Anwendungsszenario, das die Skalierung der Natriumbatterieindustrie vorantreiben kann.“

Ganzheitliche Innovation und Optimierung – jede technologische Hürde der Natriumbatterie wird genommen

Unter den derzeit dominierenden Technologiepfaden für Natriumbatterien können die traditionellen Pfade der schichtartigen Oxide und der Berliner-Blau/-Weiß-Analoga die Anforderungen an Zyklenlebensdauer und Hochtemperaturstabilität für Speicheranwendungen kaum erfüllen, und auch die Sicherheit ist eine große Herausforderung – beides schränkt ihre Anwendung im Speicherbereich ein.

Im Vergleich dazu hebt sich der Polyanion-Technologiepfad (Eisennatrium-Phosphat-Pyrophosphat-Kathode) mit seinen Vorteilen langer Lebensdauer, Hochtemperaturstabilität und hoher Sicherheit als Schlüsselweg zur Erschließung des Potenzials der Natriumbatterie-Energiespeicher hervor.

Polyanion-Technologie – der Schlüssel zum Natrium-Energiespeicher

Nach mehr als drei Jahren Forschung und Entwicklung hat HiTHIUM eine umfassende Optimierung in den Bereichen Batteriematerialien, Elektrodenrezeptur-Design und Zelldesign vorgenommen. Um die geringe elektrische Leitfähigkeit des Eisennatrium-Phosphat-Pyrophosphat-Kathodenmaterials zu beheben, setzt HiTHIUM auf eine homogene, hochleitfähige Beschichtungsstrategie, die die elektrische Leitfähigkeit des Materials erhöht. Gleichzeitig fokussiert sich HiTHIUM auf die Optimierung des Elektrodendesigns und schafft ein effizientes, stabiles, sich gegenseitig durchdringendes leitendes Netzwerk – die elektrische Leitfähigkeit der Elektrode wurde um drei Größenordnungen verbessert, sodass eine effiziente, gleichmäßige Natriumein- und -auslagerung zwischen den Materialpartikeln erreicht wird.

Auf Seiten der Hartkohlenstoff-Anode hat HiTHIUM durch den Aufbau schneller Kanäle die Natriumein- und -auslagerungsrate erhöht. Die Anode ermöglicht 4C-Schnellladezyklen, ohne dass die Lebensdauer im Vergleich zu 1C abnimmt – das schafft ausreichend kinetische Reserve für eine extrem lange Zyklenlebensdauer. Zudem erfolgt die Natriumeinlagerung in Hartkohlenstoff praktisch ohne Volumenausdehnung (~0 %), weit unter den 10 % der Graphitanode in Lithiumionenbatterien. Dies unterdrückt grenzflächliche Nebenreaktionen durch Volumenänderungen erheblich, reduziert den Elektrolytverbrauch und sichert eine lange Zyklenlebensdauer.

Im Hinblick auf den besonderen Wechselwirkungsmechanismus zwischen Elektrolyt und Hartkohlenstoff-Anode in Natriumbatterien hat HiTHIUM eine Mikrobindungs-Elektrolytrezeptur entwickelt, die eine schnelle Ionenleitung ermöglicht. Auf Basis der gesicherten Natriumionen-Ladungstransferdynamik werden Nebenreaktionen reduziert und Hochtemperaturstabilität sowie lange Zyklenlebensdauer realisiert.

20.000 Zyklen extrem lange Lebensdauer – ∞Cell N162Ah setzt neuen Maßstab für Natriumbatterie-Performance

Auf Basis ganzheitlicher technologischer Innovation erreicht die Natriumionenbatterie ∞Cell N162Ah lange Lebensdauer, weiten Temperaturbereich, hohe Entladeraten, hohe Energieeffizienz und hohe Sicherheit – ein wahrer Allrounder im Energiespeicherbereich. Insbesondere bietet die ∞Cell N162Ah eine extrem lange Zyklenlebensdauer: Bei 25 °C und 1P-Lade-/Entladezyklen liegt die Kapazitätsbeibehaltung nach 4.000 Zyklen bei beachtlichen 94,2 %; die prognostizierte Zyklenlebensdauer bis 70 % SOH übersteigt 20.000 Zyklen. Auch die Hochtemperatur-Zyklenstabilität wurde deutlich verbessert: Bei 45 °C und 4.000 Zyklen liegt die Kapazitätsbeibehaltung bei beachtlichen 92,5 % – ein neuer Maßstab für Natriumbatterie-Performance.

Zyklenlebensdauer über 20.000 Zyklen

Höchste Sicherheitsleistung – mehr Sicherheitsgarantie

Dank des Polyanion-Technologiepfades aus thermisch hochstabilem Eisennatrium-Phosphat-Pyrophosphat-Kathodenmaterial und Hartkohlenstoff-Anode sowie der Optimierung des Batteriechemiesystems verfügt die Natriumionenbatterie ∞Cell N162Ah über hervorragende Sicherheitseigenschaften. Zugleich besitzt die ∞Cell N162Ah die Eigenschaft einer extrem langen Lagerfähigkeit bei 0 V: Nach Lagerung bei 0 V zeigt die Zelle im Vergleich zu einer fabrikneuen Zelle keinerlei Kapazitätsverlust, und die Zyklenleistung bleibt unbeeinträchtigt. 

Die 0-V-Batterie bietet zahlreiche Vorteile bei der Modulmontage und beim Transport. Bei der Montage besteht selbst bei einem Kurzschluss zwischen Plus- und Minuspol keine Funken- oder Stromschlaggefahr. Beim Transport entsteht selbst bei extremen Vorfällen wie Quetschung der Batterie oder Umkippen vorgefertigter Containersysteme keine Brand- oder Explosionsgefahr. Damit bietet sie hohe Sicherheit für Personen und Sachwerte bei Lagerung, Montage und Transport von Zelle und System. 

Serienreif – die Industrialisierung der Natriumbatterie nimmt Fahrt auf

Die Entwicklung des Natriumbatterie-Speichermarktes ist ohne den gemeinsamen Aufbau einer Lieferkette nicht denkbar. Inzwischen verfügen mehrere inländische Lieferkettenpartner über eine Produktionskapazität von 1.000 Tonnen für Eisennatrium-Phosphat-Pyrophosphat-Kathodenmaterial; 10.000-Tonnen-Produktionslinien sind im Bau. Die Marktgröße für Natriumbatterien dürfte in den nächsten drei Jahren ein Volumen im hundert Milliarden Yuan-Bereich erreichen.

Mit der weltweit ersten Natriumionenbatterie speziell für Stromnetzspeicher, der ∞Cell N162Ah, realisiert HITHIUM seine industrielle Strategie „Lithium und Natrium ergänzen sich – gemeinsam auf Erfolgskurs“. Dies wird nicht nur die kommerzielle Anwendung von Natriumbatterie-Speichern erheblich vorantreiben, sondern auch die Lieferkette der Natriumbatterie-Speicherindustrie weiter ausbauen und stärken, um den Bedarf in komplexen Speicherszenarien wie Hochtemperatur-, Tieftemperatur- und Hochleistungsanwendungen besser zu decken. 

Mit Blick auf die Zukunft wird HiTHIUM weiterhin an der Spitze der Speichertechnologie stehen und mit „einen Schritt voraus“-Innovationen das enorme Potenzial der Natriumbatterie-Speicher voll erschließen, um die neue Entwicklung der Energiespeicherbranche voranzutreiben.