China könnte Natriumbatterien dominieren, der nächste große Fortschritt in der Macht

In Changsha, tief im Inneren Chinas, gestalten Tausende von Chemikern, Ingenieuren und Fertigungsarbeitern die Zukunft der Batterien.

Die Central South University der Stadt bringt Absolventen hervor, die die Technologie voranbringen, genauso wie die Stanford University Arbeitsplätze für die Unternehmer aus dem Silicon Valley geschaffen hat, die Mikrochips erfunden haben. Auf der anderen Seite des Xiang-Flusses mischen riesige Fabriken Mineralien zu hochverarbeiteten Verbindungen, die wiederaufladbare Batterien ermöglichen.

Diese Batterien, die hauptsächlich aus Lithium bestehen, haben zum Aufstieg von Mobiltelefonen und anderer Unterhaltungselektronik geführt. Sie verändern die Automobilindustrie und könnten bald dasselbe für die Solarmodule und Windkraftanlagen tun, die im Kampf gegen den Klimawandel von entscheidender Bedeutung sind. China dominiert die Raffination und Produktion von Chemikalien.

Jetzt positioniert sich China, um die nächste große Innovation bei wiederaufladbaren Batterien anzuführen: Lithium durch Natrium zu ersetzen, ein viel billigeres und reichlicheres Material.

Natrium, das weltweit als Bestandteil von Salz vorkommt, wird für 1 bis 3 Prozent des Preises von Lithium verkauft und ist chemisch sehr ähnlich. Jüngste Fortschritte bedeuten, dass Natriumbatterien nun jahrelang täglich aufgeladen werden können, wodurch ein entscheidender Vorteil von Lithiumbatterien beseitigt wird. Die Energiekapazität von Natriumbatterien hat sich ebenfalls erhöht.

Und Natriumbatterien haben einen großen Vorteil: Sie behalten fast ihre gesamte Ladung, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, was Lithiumbatterien normalerweise nicht tun.

In Changsha arbeiten Absolventen des begrünten Campus der Central South University in nahe gelegenen Forschungslabors, die von Unternehmen wie der deutschen BASF, dem weltgrößten Chemiehersteller, betrieben werden, an der Natriumbatterietechnologie. Nur wenige Blocks von den Laboren entfernt entsteht bereits eine der ersten großen Anlagen für Natriumbatteriechemikalien.

Chinesische Batteriebeamte sagten in Interviews, dass sie letztes Jahr herausgefunden haben, wie man Natriumbatteriezellen so ähnlich wie Lithiumzellen herstellt, dass sie mit der gleichen Ausrüstung hergestellt werden könnten. Der chinesische Riese CATL, der weltweit größte Hersteller von Batterien für Elektrofahrzeuge, hat nach eigenen Angaben einen Weg entdeckt, Natriumzellen und Lithiumzellen in einem einzigen Batteriepaket für Elektrofahrzeuge zu verwenden, wodurch die niedrigen Kosten und die Wetterbeständigkeit von Natriumzellen mit der erweiterten Palette von Lithium kombiniert werden Zellen. Das Unternehmen sagt, es sei jetzt bereit, diese Hybrid-Batteriepakete in Serie zu produzieren.

„Wir sind bereit, es herzustellen“, sagte Huang Qixin, stellvertretender Dekan des CATL-Forschungsinstituts, in einem Interview am Hauptsitz des Unternehmens in Ningde, China. CATL steht für Contemporary Amperex Technology Ltd. , teilweise auf Chemikalien aus Changsha, und baute kürzlich die erste große Natriumbatterie-Montagelinie in Ningde.

Multinationale Konzerne achten auf Natrium.

„Es wird die Spitzennachfrage nach Lithium reduzieren“, sagte Mike Henry, CEO von BHP, dem weltgrößten Bergbauunternehmen. „Ich bin zuversichtlich, dass Natrium Lithium in bestimmten Anwendungen ersetzen wird.“

Ernsthafte Forschungen zur Verwendung von Natrium für Batterien begannen in den 1970er Jahren, angeführt von den Vereinigten Staaten. Japanische Forscher haben vor Dutzenden von Jahren entscheidende Fortschritte gemacht. Seitdem haben chinesische Unternehmen die Führung bei der Kommerzialisierung der Technologie übernommen.

Laut dem Beratungsunternehmen Benchmark Minerals befinden sich 16 der derzeit weltweit geplanten oder bereits im Bau befindlichen 20 Anlagen für Natriumbatterien in China. Innerhalb von zwei Jahren wird China über fast 95 Prozent der weltweiten Produktionskapazität für Natriumbatterien verfügen. Die Lithiumbatterieproduktion wird zu diesem Zeitpunkt immer noch in den Schatten stellen, prognostiziert Benchmark, aber der Fortschritt bei Natrium beschleunigt sich.

Auf der Shanghai Auto Show in der nächsten Woche werden Autohersteller und Batteriehersteller voraussichtlich Pläne für Natriumbatterien in zumindest einigen kleinen Kleinwagen für den chinesischen Markt bekannt geben.

Die unmittelbar vielversprechendsten Anwendungen für Natriumbatterien sind elektrische Netze, Drahtnetze und Türme, die Elektrizität übertragen. Netzbatterien sind ein schnell wachsender Markt, insbesondere in China. Tesla sagte diese Woche, dass es eine Fabrik in Shanghai bauen wird, um Lithiumbatterien für Energieversorger herzustellen.

Natriumbatterien müssen größer sein als Lithiumbatterien, um die gleiche elektrische Ladung zu tragen. Dies ist ein Problem für Autos mit begrenztem Platz, aber nicht für Stromnetzspeicher. Energieversorger, die von Lithium auf Natrium umsteigen, könnten einfach doppelt so viele Batterien auf einem leeren Grundstück in der Nähe von Sonnenkollektoren oder Windkraftanlagen platzieren.

Versorgungsunternehmen auf der ganzen Welt haben einen wachsenden Appetit auf riesige Mengen an Batteriespeichern, wenn sie auf klimafreundliche Quellen wie Solar- und Windenergie umsteigen. Sie sollen bei Sonnenschein und Wind Energie speichern und später als Alternative zu Kohle- oder Gasstrom nutzen können.

Strom in einer großen chinesischen Provinz, Shandong, wird am frühen Abend, wenn die Nachfrage hoch ist, bis zu 20-mal teurer verkauft als am Mittag, wenn mehr Sonnenenergie das Netz überschwemmt, als Fabriken und Haushalte benötigen. Stromerzeugungsunternehmen verwenden Lithiumbatterien, um erneuerbaren Strom über mehr Stunden zu verteilen.

Aber einige Versorgungsunternehmen, wie die Drei-Schluchten in West-Zentral-China, haben begonnen, mit Natriumbatterien zu experimentieren. Frank Haugowitz, ein auf Chinas Solarindustrie spezialisierter Berater, sagte, dass viele Provinzen damit begonnen haben, neu gebaute Solar- oder Windparks zu fordern, genügend Batterien zu installieren, um 10 bis 20 Prozent des von ihnen erzeugten Stroms zu speichern.

CATL hat Lithiumbatterien in Minivan-Größe an Ladestationen für Elektrofahrzeuge in Städten wie Fuzhou installiert. Die Batterien werden automatisch geladen, wenn der Strom günstig ist, etwa über Nacht oder wenn die Sonne auf die Solarpanels auf dem Dach der Ladestation scheint, und stehen bereit, wenn Autofahrer zum Aufladen vorfahren. CATL untersucht, ob Natrium an solchen Orten verwendet werden kann.

Im Gegensatz zu Lithiumbatterien benötigen moderne Natriumbatterien keine knappen Materialien wie Kobalt, ein Mineral, das hauptsächlich in Afrika unter Bedingungen abgebaut wird, die Menschenrechtsgruppen alarmiert haben. Neuere Natriumbatterien benötigen auch kein Nickel, das hauptsächlich aus Minen in Indonesien, Russland und den Philippinen stammt.

Während China jedoch auf die Führung bei Natrium zusteuert, steht es immer noch vor Herausforderungen. Für den Anfang gibt es, wo man das Natrium herbekommt.

Während Salz reichlich vorhanden ist, entfallen auf die Vereinigten Staaten mehr als 90 Prozent der leicht abzubauenden Reserven an Soda, der wichtigsten industriellen Natriumquelle der Welt. Tief in der südwestlichen Wüste von Wyoming gibt es riesige Vorkommen an Soda, die vor 50 Millionen Jahren entstanden sind. Soda wird seit langem für die Glasindustrie in Amerika abgebaut.

Mit minimalen natürlichen Reserven an kalzinierter Soda und dem Wunsch, nicht von Importen aus den Vereinigten Staaten abhängig zu sein, produziert China stattdessen synthetische kalzinierte Soda in kohlebetriebenen Chemiefabriken.

Chinas Industrie für synthetische kalzinierte Soda hat einen Rekord von ernsthafter Wasserverschmutzung. Dazu gehört der Einsturz eines Alkalischlackenhaufens in Ost-Zentralchina im Jahr 2016, der Autos mit sich riss und einen großen Fluss beschädigte. Die Umweltbehörde des Landes arbeitet daran, die Industrie zu bereinigen.

Die andere Frage, die über Natrium schwebt, ist, ob Lithium teuer bleiben wird. Die Lithiumpreise haben sich von 2017 bis letzten November vervierfacht, sind seitdem aber um zwei Drittel gefallen.

Es gibt auch Zweifel an der Haltbarkeit von Natriumbatterien. Energieunternehmen möchten wissen, wie sich Natriumbatterien jahrelang im Freien und nicht nur in Labors verhalten, sagte David Fishman, Berater für den Energiesektor bei der Lantau Group, einem Beratungsunternehmen.

Aber Mr. Fishman und andere beobachten jetzt genau die Entwicklung von Natriumbatterien. Die Nachfrage nach Batterien wächst rasant und Lithium wird wohl nicht auf Dauer das dominierende Material bleiben.

„Ja, Natrium spielt eine Rolle“, sagte Mr. Henry von BHP. „China steht auf diesem Gebiet an der Spitze der Forschungsführerschaft.“

ich du Tragen Sie zur Forschung bei.