Wird die Lithiumnachfrage mit neuen Natrium-Ionen-Batterien stark sinken?

Jenseits von Lithium-Ionen

Batterien haben sich nach und nach zur wichtigsten technologischen Innovation des Jahrzehnts entwickelt, so wie die vorherigen Jahrzehnte von dem Aufstieg des PCs oder des Internets geprägt wurden.

Dies liegt daran, dass Fortschritte in der Batterietechnologie nicht nur die EV‑Revolution vorantreiben, sondern sich auch als entscheidende Begrenzung für die Dekarbonisierung des Stromnetzes erwiesen haben, weil erneuerbare Energien intermittierend sind.

Ultra‑dichte und/oder günstige Batterien werden ebenfalls entscheidend sein, um energieintensive Sektoren der Wirtschaft zu elektrifizieren und zu dekarbonisieren, wie die Schwerindustrie (Chemie, Metallurgie, Fertigung) und den Transport (Lkw, Schiffe, Flugzeuge).

Bisher wurde dies mit Varianten von Lithium‑Batterien erreicht, entweder Lithium‑Ion (Lithium‑Nickel‑Mangan‑NMC & Lithium‑Nickel‑Kobalt‑Aluminium‑NCA) oder Lithium‑Eisen‑Phosphat‑Batterien (LFP). Es war eine transformative Technologie, die zu Recht ihren Erfindern den Nobelpreis für Chemie 2019 einbrachte (der Link führt zur Geschichte der Erfindung von Lithium‑Ion‑Batterien).

Bis jetzt wurde erwartet, dass diese Batterien den Batteriemarkt dank ihrer extrem hohen Energiedichte weiterhin dominieren.

Quelle: S&P Global

Später werden Festkörperbatterien als möglicher nächster Schritt betrachtet, um die Dichte von Batterien weiter zu erhöhen und gleichzeitig viel Lithium zu nutzen, siehe “5 Best Solid-State Battery Stocks to Watch or Buy”.

Allerdings ist Lithium nicht das einzige im Batteriebereich nutzbare Ion. Viel häufiger vorkommendes und günstigeres Natrium, die Basis von Speisesalz, ist ebenfalls ein Kandidat.

Das Problem ist, dass Natrium‑Ion‑Batterien bisher eine geringere Energiedichte aufweisen und daher auf preisgünstige/kleinreichweite‑EVs oder stationäre Batterien im Versorgungsmaßstab beschränkt sind.

Dies könnte sich ändern, dank der Erfindung von Natrium‑Ion‑Batterien mit TAQ‑Kathode. Dies war die Arbeit von Forschern am MIT und dem Brookhaven National Laboratory, die ihre Ergebnisse im Journal of the American Chemical Society unter dem Titel “High-Energy, High-Power Sodium-Ion Batteries from a Layered Organic Cathode”¹ veröffentlicht haben.

Quelle: Princeton University

TAQ‑Kathode

Wir haben bereits über die TAQ‑Kathode in “Designing a Better Battery – Out with Cobalt and In with…TAQ?” berichtet. TAQ, oder Bis‑Tetraaminobensoquinon, ist eine geschichtete organische Feststoffverbindung.

In dieser Forschung aus dem Jahr 2024 entdeckten die Forscher, dass TAQ nicht nur Potenzial als Superkondensator‑Material hat, sondern herkömmliche Lithium‑Kathoden übertrifft.

Quelle: GreenCarCongress

Sie fanden heraus, wie die Haftung von TAQ am Edelstahl‑Stromabnehmer der Kathode verbessert werden kann, wodurch die Stabilität des neuen Proof‑of‑Concept‑Kathoden‑Prototyps gesteigert wird.

Durch das Hinzufügen von Cellulose‑ und Gummimaterialien zu TAQ erreichten sie sicher mehr als 2.000 Lade‑Entlade‑Zyklen. Die Energiedichte war zudem höher als bei kobalt‑basierten Kathoden, und das Laden dauerte weniger als 6 Minuten.

Zurück im Jahr 2024 erwähnten wir das Potenzial, dass andere Batteriekemien TAQ ebenfalls nutzen könnten:

Es ist auch erwähnenswert, dass organische Kathoden für andere Batterietypen diskutiert wurden, zum Beispiel für Aluminium‑Ion, Natrium‑/Kalium‑Ion, Zink, oder Kalzium‑basierte Dual‑Ion Batterien. Es ist also möglich, dass die Entdeckung der Eigenschaften von TAQ auf andere Batterietypen als Lithium‑Ion angewendet werden kann.

Und genau das hat das Forschungsteam getan, indem sie eine ultra‑hohe Energiedichte‑Natrium‑Ion‑Batterie entwickelten.

TAQ‑Natrium‑Ion‑Batterie

Warum Natrium?

Der Grund, warum die Forscher Natrium für den nächsten Schritt ihrer Forschung gewählt haben, ist die enorme Verfügbarkeit des Materials.

„Es ist immer besser, ein diversifiziertes Portfolio für diese Materialien zu haben. Natrium ist buchstäblich überall. Für uns ist die Entwicklung von Batterien, die aus wirklich abundanten Ressourcen wie organischer Materie und Meerwasser hergestellt werden, einer unserer größten Forschungsträume.

An vorderster Front eine wirklich nachhaltige und kosteneffiziente Natrium‑Ion‑Kathode bzw. Batterie zu entwickeln, ist wirklich spannend.“

Mircea Dincă – Professor of Chemistry at MIT.

Es gibt zudem einen geschäftlichen Grund: Diese Studie sowie die erste Studie zu TAQ aus dem Jahr 2024 wurden von Automobili Lamborghini S.p.A. finanziert. Günstigere Materialien und Batterietechnologien, die nicht von einer von China dominierten Lieferkette abhängen, könnten ein Retter für die etwas kämpfende europäische Automobilindustrie sein, die bei der Elektrifizierung hinterherhinkt.

Anpassung der TAQ‑Kathode an Natrium‑Batterien

Um sie mit Natrium zum Funktionieren zu bringen, mussten die Forscher ihr Design an die Anforderungen von Natrium‑Ion‑Batterien anpassen.

Eine Herausforderung bestand darin, eine homogene Elektrode zu schaffen, die sowohl TAQ als auch Kohlenstoff enthält.

„Der von uns gewählte Bindemittel, Kohlenstoff‑Nanoröhren, erleichtert das Mischen von TAQ‑Kristallen und Kohlenstoff‑Schwarz‑Partikeln, was zu einer homogenen Elektrode führt. Die Kohlenstoff‑Nanoröhren umhüllen die TAQ‑Kristalle eng und verbinden sie miteinander.

Beide Faktoren fördern den Elektronentransport im Elektrodengewebe, ermöglichen eine fast 100 %ige Ausnutzung des aktiven Materials, was zu einer nahezu theoretisch maximalen Kapazität führt.“

Dr. Tianyang Chen – MIT‑Forscher

Quelle: Princeton University

Hohe Leistungen

Diese extrem hohe Kapazität, die bei einem Prototyp erreicht wurde, könnte sich schnell in sehr effiziente Batterien umwandeln, insbesondere hinsichtlich der Ladezeit, einer regulären Einschränkung von EVs, und den Beschwerden der Verbraucher.

„Der Einsatz von Kohlenstoff‑Nanoröhren verbessert die Leistungsrate der Batterie erheblich, was bedeutet, dass die Batterie dieselbe Energiemenge in viel kürzerer Ladezeit speichern kann oder viel mehr Energie bei gleicher Ladezeit speichern kann.“

Dr. Tianyang Chen – MIT‑Forscher

Dies wurde erreicht, während die Vorteile von TAQ erhalten blieben, nämlich Stabilität gegenüber Luft und Feuchtigkeit, lange Lebensdauer, Fähigkeit, hohen Temperaturen zu widerstehen, und ökologische Nachhaltigkeit.

Das Endprodukt hatte eine Kathoden‑Energiedichte von 472 Wh/kg Elektrode bei einem Lade‑/Entlade‑Intervall von 90 s und eine Spitzen‑Spezialleistung von 31,6 kW/kg Elektrode.

Zum Vergleich liegt dies in etwa nahe an der Dichte kommerzieller Ni/Co‑basierter geschichteter Kathoden (≈ 740 Wh/kg‑Kathode) wie in einer wissenschaftlichen Publikation von 2024 referenziert.

Zukünftige Entwicklungen und kommerzielles Potenzial

Insgesamt ist es wahrscheinlich, dass High‑End‑Lithium‑Ion‑ und später Festkörperbatterien den High‑End‑EV‑Markt weiterhin kontrollieren werden.

Für preisempfindlichere Segmente wie Low‑ und Mid‑Range‑EVs, Nutzfahrzeuge, Speicher für Versorgungsunternehmen usw. werden jedoch andere Faktoren wichtiger sein, wie Gesamtkosten, Verfügbarkeit von Ressourcen, Haltbarkeit usw.

Dies könnte die Lithiumnachfrage begrenzen, da Natrium zunehmend zu einer praktikablen Alternative wird, dank innovativer Kathodenmaterialien wie TAQ.

Weitere Verbesserungen könnten ebenfalls beitragen, zum Beispiel das vollständige Weglassen einer Anode (das andere Ende der Batterie), wie wir im Juli 2024 in “Anode-Free Sodium Solid-State Batteries Could Reduce Reliance on the ‘Lithium Triangle” diskutiert haben.

Quelle: University Of Chicago

Dies wurde noch nicht getestet und wird wahrscheinlich etwas Feinabstimmung erfordern, aber wir können uns leicht vorstellen, dass langfristig die meisten EVs und Nutzfahrzeuge keine Batterien mit 1.000‑2.000‑Meilen‑Reichweite benötigen, die die bestmögliche Festkörper‑Lithium‑Batterie verwenden.

Stattdessen wird eine zukünftige anoden‑freie, TAQ‑Kathoden‑Natrium‑Batterie, vielleicht Festkörper‑, vielleicht Natrium‑Ion‑Batterie, ausreichen, um eine Reichweite von 400‑600 Meilen zu erreichen – zu einem besseren Preis.

Neben Innovationen in der Chemie kann auch das strukturelle Design Batterien verbessern, wie die Wabenkonstruktion, die im “condensed state”‑Batterie von CATL verwendet wird, dem größten Batterieproduzenten der Welt. Vielleicht könnte eine solche Idee auch bei Natrium‑Ion‑Batterien eingesetzt werden. (Siehe weitere Informationen in “CATL (300750.SZ): The Battery Juggernaut”.)

Investitionen in fortschrittliche Batterietechnologien

Batterien stehen im Zentrum des Elektrifizierungstrends, einem mehrtrillionen‑Dollar‑Unterfangen, das darauf abzielt, fossile Brennstoffe aus unseren Energiequellen zu entfernen.

Sie können in batteriebezogene Unternehmen über viele Broker investieren, und Sie finden hier, auf securities.io, unsere Empfehlungen für die besten Broker in den USA, Kanada, Australien, dem Vereinigten Königreich, sowie vielen anderen Ländern.

Wenn Sie nicht daran interessiert sind, einzelne Batterieunternehmen auszuwählen, können Sie auch in Batterie‑ETFs wie Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), oder den WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) investieren, die eine diversifiziertere Exposition bieten, um vom wachsenden Batterie‑Sektor zu profitieren.

Organisches Kathodenunternehmen

Volkswagen AG

Die Forschung von Prof. Mircea Dincă zur TAQ‑Kathode, sowohl 2024 (Lithium‑Ion) als auch 2025 (Natrium‑Ion), wurde von Automobili Lamborghini S.p.A. finanziert, einer Tochtergesellschaft von Audi, die wiederum zum Volkswagen‑Konzern gehört.

Ein Patentantrag für die organische Kathodentechnologie wurde eingereicht.

Der deutsche Automobilhersteller ist der zweitgrößte Autohersteller der Welt, hinter nur Toyota. Das Unternehmen hinkte zeitweise bei der EV‑Technologie hinterher, hat jedoch seitdem stark aufgeholt, insbesondere mit der ID‑Modellreihe und mehreren Hybridmodellen.

Quelle: Volkswagen

Die Zusammenarbeit mit den MIT‑Forschern ist nur eine von vielen, weitere Partnerschaften im EV‑Bereich umfassen:

• Eine Investition von 700 Mio. $ in das chinesische Unternehmen Xpeng, um den EV‑Verkauf in China zu steigern.
• Eine Partnerschaft mit dem chinesischen Unternehmen SAIC Motor, um EV‑Plattformen an Volkswagen zu liefern.
• Eine Partnerschaft mit Jetta Motor zum Erwerb von EV‑Technologie.
• Eine Partnerschaft im Wert von 492 Mio. $ mit Magna, um die ikonische Scout‑Marke als EV wiederzubeleben

Scout‑Autos – Quelle: Volkswagen

Mit seinen ambitionierten Plänen im EV‑Bereich und dem Zugang zu fortschrittlicher EV‑Technologie führender chinesischer Unternehmen befindet sich Volkswagen in einer guten Position, die von MIT patentierte organische Kathodentechnologie zu prüfen und sie in zukünftigen EVs im großen Maßstab einzusetzen.

Es könnte jedoch in der Zwischenzeit sein, dass Volkswagen zunächst den Fokus auf Hybride legt und Verbrennungsmotoren länger beibehält, als ursprünglich geplant, um „Flexibilität zu bewahren“.

Sie können mehr über Volkswagen und seine EV‑Strategie lesen, einschließlich der Behebung seiner Software‑Probleme durch ein Abkommen mit Rivian und der Vereinheitlichung der EV‑Architektur im Volkswagen‑Konzern und seinen Marken in “Volkswagen schließt deutsches Werk? Was kommt als Nächstes für den angeschlagenen Automobilhersteller?”.

Studienreferenz:

^{1. Chen, T., Wang, J., Tan, B., Zhang, K. J., Banda, H., Zhang, Y., Kim, D.-H., & Dincă, M. (2025). Hochenergetische, hochleistungsfähige Natrium‑Ion‑Batterien aus einer geschichteten organischen Kathode. Journal of the American Chemical Society, 147(7), 6181–6192. https://doi.org/10.1021/jacs.4c17713}