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  5. › Akkutechnik: Neue Natrium-Ionen…

Tatsächlich sehr spannend

Neue Foren im Freiraum! Raumfahrt und freie Software haben jetzt einen Platz, die Games tummeln sich jetzt alle in einem Forum.
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  1. Tatsächlich sehr spannend

    Autor: Der schwarze Ritter 05.05.22 - 16:55

    Wenn da entsprechend viel Forschung investiert wird, könnten Natrium-Akkus ein paar Probleme lösen, die Lithium hat. Natürlich werden sicher auch neue und andere Probleme aufkommen, aber man hofft halt, dass es weniger als bei Lithium sein werden. Die Energiedichte wird, denke ich, über ein paar Jahre immer weiter steigen und zumindest in die Nähe von Lithium kommen.

  2. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: Tantalus 05.05.22 - 17:01

    Für stationäre Speicher wird das IMHO (hoffentlich) der Durchbruch. Denn da kommt es nicht so sehr auf die Energiedichte an. 1-2 Tonnen von den Dingern in den Sockel jedes Windrads, und wir sind bei der Energiewende einen guten Schritt weiter.

    Gruß
    Tantalus

    ___________________________

    Man sollte sich die Ruhe und Nervenstärke eines Stuhles zulegen. Der muss auch mit jedem Arsch klarkommen.

  3. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: xSureface 05.05.22 - 17:05

    In die nähe von Lithium zu kommen wird nicht einfach.
    Lithium ist bisher der beste Rohstoff dafür. Natrium weist eine doppelt so hohe Dichte auf, bei nur gering besserer Elektronegativität. Somit wird der Akku auch Zwangsweise schwerer.

  4. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: MarcusK 05.05.22 - 17:06

    xSureface schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > In die nähe von Lithium zu kommen wird nicht einfach.
    > Lithium ist bisher der beste Rohstoff dafür. Natrium weist eine doppelt so
    > hohe Dichte auf, bei nur gering besserer Elektronegativität. Somit wird der
    > Akku auch Zwangsweise schwerer.

    aber wen interessiert für stationäre Anlagen das Gewicht? Das ist das Volumen noch wichtiger.



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 05.05.22 17:07 durch MarcusK.

  5. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: xSureface 05.05.22 - 17:13

    Natürlich. Aber auch da ist Lithium weit vorne.

  6. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: fanreisender 05.05.22 - 17:14

    Hast schon recht.

    Es gibt freilich noch weitere Faktoren. Wieviel Na kann man effektiv nutzen? Ich weiß es nicht, bei Li ist es zumindest aktuell gar nicht so viel, wenn man nicht Dendritenbildung riskieren will. Was sind die Einsatzgebiete? Hier schon oft erwähnt, stationär ist das Gewicht weniger bedeutend.

    Wie gefährlich das Ganze ist, wird der Praxiseinsatz zeigen. Vermutlich nicht so harmlos, wie die sehr gutmütigen Bleiakkus, aber auch das weiß man nicht wirklich. Schließlich entfällt die Schwefelsäure der Bleiakkus.

  7. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 05.05.22 - 17:29

    xSureface schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > In die nähe von Lithium zu kommen wird nicht einfach.
    > Lithium ist bisher der beste Rohstoff dafür. Natrium weist eine doppelt so
    > hohe Dichte auf, bei nur gering besserer Elektronegativität. Somit wird der
    > Akku auch Zwangsweise schwerer.

    Aber Akkus sind keine Blöcke aus reinem Lithium oder Natrium. Lithium macht typischerweise etwa 120-150g/kWh aus in Akkus die bestenfalls 3-4 kg/kWh wiegen. Natrium macht etwa 4-500g/kWh aus. Bei ähnlichem Entwicklungsstand würde man mit Kathoden aus Schichtoxiden etwa 80% der Energiedichte mit Lithium erwarten. Größenordnungen von 350 Wh/kg sind auch mit Natrium erreichbar (Natrium-Metall-Anode), verbunden mit ähnlichem (noch zu leistendem) Entwicklungsaufwand wie derzeit etwa bei den 420 Wh/kg Lithium-Zellen von SES. Wobei viel von der Erfahrung mit Lithium dann auch mit Natrium genutzt werden kann.

    Zur Zeit wird mit Natrium einfach genommen was gerade schnell verfügbar ist, weil die Zeit drängt. Gerade bei der Anode bringt das einige Nachteile mit sich, sowohl was deren Volumen und Kapazität angeht als auch Verluste beim ersten Ladezyklus verursacht - die durch zusätzliches Kathodenmaterial kompensiert werden müssen.

    Die 140 Wh/kg sind bei weitem nicht das letzte Wort. Auf dem Stand der Technik sind heute mit Schichtoxiden etwa 200 Wh/kg möglich (Mit Preußisch-Blau-Analogen wie von CATL etwa 160 Wh/kg). Es braucht aber etwas mehr Zeit um dafür die Anlagen für die Massenproduktion zu bauen.

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

  8. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: most 05.05.22 - 17:45

    Für einen stationären Akku in Haushalten spielt vor allem der Preis eine Rolle.
    Ob die 10kWh Powerwall so schwer oder doppelt so groß ist, ist vernachlässigbar. Der Preis ist viel wichtiger.

  9. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: NonesensE 05.05.22 - 18:05

    xSureface schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Lithium ist bisher der beste Rohstoff dafür.

    Theoretisch lässt sich wohl mit Aluminium eine höhere Energiedichte erreichen. Mit Beryllium wahrscheinlich auch. Praktisch zählen halt noch ein paar andere Dinge, als das reine Redoxpaar selbst.

  10. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: fanreisender 05.05.22 - 19:26

    Da musste ich doch gleich einmal nachsehen. Es gibt wirklich nichts, was es nicht gibt.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Aluminium-Ionen-Akkumulator

    O.K., das Ganze ist offenbar noch nicht im Topf, wo es kocht, aber wer weiß ...

  11. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: crustenscharbap 05.05.22 - 20:10

    Für stationäre Speicher und günstige E Fahrzeuge absolut nice. Denn der Preis soll echt niedrig sein. Fast so billig wie Blei Gel Akkus.

    Denn mein Kumpel sucht nen Akku für sein Camper.

    900¤ Li Ion 220 wh/kg Markenfirma
    900¤ Li FePo4 180 wh/kg Markenfirma
    Billig No Name dieser Akkuvarianten ca 800¤
    Blei Gel Akku 30-50 wh/kg 120¤

    Und dieser Natrium Ionen Akku. Also 140wh/kg und 150-300¤ Hammer!
    So werden E Fahrzeuge wirklich günstig.

    Mal ne andere Frage. Wie ist die Umweltbelastung bei der Produktion dieser Na Ion Akkus?



    2 mal bearbeitet, zuletzt am 05.05.22 20:19 durch crustenscharbap.

  12. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: seppel80 06.05.22 - 07:57

    Ich finde den Artikel jetzt auf die Schnelle nicht, aber ich habe mal gelesen, dass man im Hinterkopf haben muss, dass nicht nur die Zellchemie entscheidend ist. In dem Bericht ging es darum, dass die Natrium Akkus zwar eine geringere Leistungsdichte haben, was aber durch andere Faktoren wieder ausgeglichen werden könnte.
    Durch den nicht brennbaren Elektrolyten fallen diverse (mechanische) Sicherungen weg, was einen nicht unerheblichen Teil des Akkupacks bei Lithium Zellen ausmacht. Dann kann noch das Temperaturmanagement "schlanker" ausfallen, weil die Natrium Zellen weniger temperaturempfindlich sind.
    Ein "fertiger PKW-Akku" gleicher Größe aus Natrium Zellen kann dadurch theoretisch schon an Lithium herankommen (oder ihn sogar übertreffen, das weiß ich aber nicht mehr) weil das o.g. wegfällt oder kleiner/leichter ist.

    Das sollte man neben der reinen Zellchemie eben auch mit bedenken.

  13. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: Kilpikonna 06.05.22 - 08:26

    most schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Für einen stationären Akku in Haushalten spielt vor allem der Preis eine
    > Rolle.
    > Ob die 10kWh Powerwall so schwer oder doppelt so groß ist, ist
    > vernachlässigbar. Der Preis ist viel wichtiger.

    Ganz irrelevant ist es nicht.

    Wird der Kasten zu groß, ist der Platz in vielen Kellern nur noch eingeschränkt nutzbar, weil der Verkehrsraum zu klein wird. 20cm mehr oder weniger Durchgang macht erstaunlich viel Unterschied, wenn der Platz schon knapp ist.
    Ähnlich beim Gewicht. Ne halbe Tonne mehr oder weniger scheint im Keller zwar irrelevant, aber wenn so ein Ding an der Wand hängen soll, ist da ganz schnell Essig. Und die Bodenplatte hat auch ne gewisse zulässige Flächenlast. Wird übrigens gerne mal vergessen, wenn man n Solarspeicher mit nem Kubikmeter Inhalt einbaut 😁
    Und das wird insbesondere dann relevant, wenn der Akku günstig genug ist, um von ner besseren Taschenlampenbatterie mit 10kWh wegzukommen und ne relevante Kapazität bereitzustellen. Die Miniakkus von heute sind doch hauptsächlich dem Preis geschuldet, weil es sich keiner leisten kann, 50kWh einzubauen und damit zwei Tage schlechtes Wetter zu überbrücken. Sinken die Preise, wird das irgendwann interessant, und dann sind Größe und Gewicht relevanter als heute.

    Trotzdem hast du natürlich Recht, der Preis dürfte auch dann und insbesondere bis dahin das wichtigste Argument sein. Auch wenn der Platz im einen oder anderen Keller beschränkt ist, gibt es trotzdem viele, bei denen die Größe oder das Gewicht keinerlei Probleme bereiten.

  14. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: xSureface 06.05.22 - 08:55

    Speicher müssen nicht Zwangsweise im Keller stehen. Die Platziert man bei Bestandshäusern gerne außerhalb. Dafür sind diese Zugelassen. Da gibt es weder Platzprobleme noch Gewichtsprobleme. Einzig muss man evtl. ein neues Fundament dafür gießen.

  15. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: AllDayPiano 06.05.22 - 09:08

    crustenscharbap schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Für stationäre Speicher und günstige E Fahrzeuge absolut nice. Denn der
    > Preis soll echt niedrig sein. Fast so billig wie Blei Gel Akkus.
    >
    > Denn mein Kumpel sucht nen Akku für sein Camper.
    >
    > 900¤ Li Ion 220 wh/kg Markenfirma
    > 900¤ Li FePo4 180 wh/kg Markenfirma
    > Billig No Name dieser Akkuvarianten ca 800¤
    > Blei Gel Akku 30-50 wh/kg 120¤

    Bleigel wenn dann nur als zyklenfester Akku. Und die kosten richtig viel Geld.

    Bleiakkus sind einfach grütze. Damit sie wirklich voll werden, müssen sie nahe der Ausgasungsspannung geladen werden. Die ist aber sehr temperaturabhängig. Bei -20° liegt die bei 2,7V, bei 40° bei 2,35V. Also zwischen 16,2V und 14,1V bei einem 12V Akku. Bleiakkus werden beim Laden gerne warm, weshalb moderne PKW bei 13,8V-13,9V Schluss machen.

    Gast ein Bleigel aus, ist er faktisch kaputt. Man bekommt das Knallgas nur mit Vakuum wieder raus. Zwar versuchen Hersteller durch Katalysatoren entstandenes Knallgas zu neutralisieren, aber das gelingt nur begrenzt.

    Lagerung mögen die Akkus überhaupt nicht. Nach 12 Monaten ist der Akku zu grob 50% leer bei 20°C.

    Blei will immer voll sein. Eine voll geladene, zyklenfeste Batterie hat nach 30 Monaten kaum Kapazität verloren, ein über den gleichen Zeitraum zyklisch belasteter Akku 10%, ein Akku, der auf 30% Nennladung gehalten wird satte 30%.

    Man muss bei Blei viel Ballast mitschleppen, weil je weniger entladen wird, umso länger halten sie. Heißt aber auch, dass man einen Großteil der Kapazität nicht nutzen kann. Gerade bei einem Camper ist das ein großes Problem, weil man durch jedes kg Akku Zuladung verliert. Und ja, die Polizei prüft die maximale Beladung nach und kassiert mächtig ab, wenn überschritten.

    Alles, was oben steht, ist eine Meinung. Meine Meinung.

  16. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: most 06.05.22 - 09:19

    Kilpikonna schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > most schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Für einen stationären Akku in Haushalten spielt vor allem der Preis eine
    > > Rolle.
    > > Ob die 10kWh Powerwall so schwer oder doppelt so groß ist, ist
    > > vernachlässigbar. Der Preis ist viel wichtiger.
    >
    > Ganz irrelevant ist es nicht.
    >
    > Wird der Kasten zu groß, ist der Platz in vielen Kellern nur noch
    > eingeschränkt nutzbar, weil der Verkehrsraum zu klein wird. 20cm mehr oder

    Klar nicht ganz irrelevant. Ich habe mir ein paar Bilder von Tesla Powerwalls und Solarakkus angesehen, das sieht doch überschaubar aus. Klar, wenn es größer als 10kWh werden soll, dann braucht man mehr Platz. Muss dann halt beim (um)Bau eingeplant werden und Fläche bereit gestellt werden.

    > Auch wenn der Platz im
    > einen oder anderen Keller beschränkt ist, gibt es trotzdem viele, bei denen
    > die Größe oder das Gewicht keinerlei Probleme bereiten.

    Wo ein Wille, da ein Weg. Es muss ja auch genug Dachfläche verfügbar sein, damit man die Akkus geladen bekommt, da findet sich dann schon eher ein Plätzchen.

  17. Schwerer ok - aber wirklich nennenswert schwerer?

    Autor: Oli_H 06.05.22 - 09:51

    In einem Li-Ion-Akku mit 90 kWh sind 13.5 kg Lithium drin.
    Mit Natrium (doppelte Dichte) müsste daher 27 kg verbaut werden.

    Ja, vielleicht kommen noch andere Faktoren hinzu, die ich nicht kenne. Aber dennoch gilt: Der Gewichts/anteil/ von Lithium in einem modernen Akku ist nahezu vernachlässigbar.

  18. Re: Schwerer ok - aber wirklich nennenswert schwerer?

    Autor: xSureface 06.05.22 - 09:58

    Nicht ganz doppelte Dichte und eine bessere Elektronegativität. Je nach weiteren Materialien braucht man nicht das Doppelte an Gewicht für die gleiche Kapazität.

  19. Re: Tatsächlich sehr spannend

    Autor: Dwalinn 06.05.22 - 10:00

    Wichtig ist um genau zu sein der Preis über die Lebensdauer. Und da kann dann Lithium/Eisen aufgrund der Langlebigkeit beim Heimspeicher punkten (beim Auto ist das wahrscheinlich egal weil der Akku das Auto überlebt).

    Anderseits habe ich auch mal gelesen das sich die Lebensdauer der Natrium Akkus extrem erhöht wenn man bei 80% bleibt. Solange ein 10kWh Natrium Akku günstiger als ein 8kWh Lithium/Eisen Akku sollte das für Heimspeicher also trotzdem Revolutionär sein.

  20. Re: Schwerer ok - aber wirklich nennenswert schwerer?

    Autor: Frank Wunderlich-Pfeiffer 06.05.22 - 10:37

    Oli_H schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > In einem Li-Ion-Akku mit 90 kWh sind 13.5 kg Lithium drin.
    > Mit Natrium (doppelte Dichte) müsste daher 27 kg verbaut werden.
    >
    > Ja, vielleicht kommen noch andere Faktoren hinzu, die ich nicht kenne. Aber
    > dennoch gilt: Der Gewichts/anteil/ von Lithium in einem modernen Akku ist
    > nahezu vernachlässigbar.

    Etwas mehr Natrium braucht man schon. Es hat als reines Metall die doppelte Dichte, aber die Atome sind über 3mal so schwer. (7g/mol für Lithium, 23 g/mol für Natrium) Da jedes Atom nur ein Elektron abgibt und die Energie pro Elektron (== Spannung!) sogar etwas niedriger, kommt man auf deutlich mehr als die doppelte Menge Natrium. Selbst wenn man bedenkt, dass in den typischen NMC-Kathoden nichtmal 3/4 der Lithium-Ionen auch tatsächlich aus dem Material entfernt werden können.

    Aber grundsätzlich stimmt es schon. Das Natrium oder Lithium ist nur ein kleiner Anteil der Masse im Akku. Zu jedem Lithium oder Natrium Ion kommt derzeit mindestens nochmal ein schweres Eisen/Mangan/Nickel/Kobalt Atom (54-60 g/mol) und zwei Sauerstoffatome (2x16g/mol) und natürlich noch einiges mehr.

    In der Theorie sieht das bei Lithium-Schwefel oder Lithium-Sauerstoff anders aus (zwei Lithiumatome, ein Schwefelatom -> 2x7g/mol + 32 g/mol = 46 g/mol vs zwei Natrium und ein Schwefel 2x23g/mol + 32 g/mol = 78 g/mol .... mehr Volumenänderung, mehr Probleme in der Konstruktion und deutlich niedrigere Spannung, weil ein Verlust von 0,3-0,4V bei 1,8V viel mehr ausmacht als bei 3,6V.)

    Aber da ist man noch sehr weit davon entfernt auch nur näherungsweise Akkus zu bauen, die zu 25-50% aus dem reinen aktiven Kathodenmaterial bestehen, hohe Leistung und Lebensdauer haben.

    Frank Wunderlich-Pfeiffer (Twitter: @FrankWunderli13) - als freier Journalist bei Golem.de unterwegs - Countdown Podcast zur Raumfahrt @countdown_pod oder https://countdown.podigee.io/

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