Natrium-Batterie von Hina Battery im Vergleich zu Tesla: Was der Teardown zeigt

Elektroautos hängen an einem Rohstoff, der schwer zu fördern ist, weltweit ungleich verteilt vorkommt und von Quartal zu Quartal teurer wird. Lithium steckt im Zentrum fast jeder Batterie, die den Abschied vom Benzin antreibt – und lange ging die Branche davon aus, dass kurzfristig nichts wirklich Ersatzfähiges bereitsteht.

Ein chinesischer Batteriehersteller hielt dagegen. Hina Battery entwickelte eine Zelle auf Natrium-Basis, brachte sie in die Serienfertigung und lieferte sie sowohl in Fahrzeuge als auch in grosse stationäre Speichersysteme aus.

Daraufhin nahm ein Team deutscher Forschender so eine Zelle auseinander, um zu prüfen, wie sie im Vergleich zu Teslas Batterien abschneidet. Das Ergebnis: ein Natrium-Akku als ernst zu nehmender Rivale – leistungsfähiger, als viele Fachleute erwartet hatten.

Blick ins Teardown

Untersucht wurde eine Batterie von Hina Battery, deren Zellen in China bereits Autos und grosse Energiespeicherstandorte versorgen. Anders als bei Lithium-Ionen-Zellen basiert die Chemie hier auf Natrium – demselben Element, das auch in Kochsalz steckt.

Unter der Leitung von Moritz Schütte, Batterieforscher an der RWTH Aachen in Deutschland, wollte das Team herausfinden, wie sich dieses kommerzielle Produkt gegen Teslas Lithium-Ionen-Zellen schlägt. Tesla gilt in vielen Bereichen als Referenz im Markt – entsprechend aussagekräftig war der Vergleich.

Zunächst durchleuchteten die Forschenden 120 Zellen zerstörungsfrei, um zu prüfen, wie einheitlich die Fertigung ausfällt. Anschliessend wurden die Batterien unter praxisnahen Bedingungen betrieben: mit variierenden Strömen und über einen breiten Temperaturbereich hinweg.

Bevor die Zellen schliesslich geöffnet wurden, kartierten Röntgenaufnahmen den inneren Aufbau. Erst danach inspizierte das Team die Bestandteile direkt.

Natrium-Batterie als Rivale

Die erste Überraschung: Die Zellen ähnelten sich stärker als gedacht. Über alle 120 Exemplare lag die Streuung des elektrischen Widerstands bei etwas mehr als 5% – ein enger Korridor, der eher für saubere, reproduzierbare Serienfertigung spricht als für ein grobes Frühstadium.

Genau diese Gleichmässigkeit überraschte die Forschenden. Leistung und Verarbeitungsqualität lagen auf Augenhöhe mit modernsten Lithium-Ionen-Batterien – eine Hürde, die Natrium-Technologie nach gängiger Erwartung noch nicht so schnell nehmen sollte.

Auch konstruktiv zeigte sich Nähe zu Teslas Ansatz. Die Zellen setzten auf ein tabloses Design und verwendeten Aluminium auf beiden Seiten des internen Strompfads – eine Auslegung, die den Widerstand senkt und Wärme gleichmässiger in der Zelle verteilt.

Dass unabhängig eine sehr ähnliche Architektur erreicht wurde, deutet aus Sicht des Teams auf einen bereits hohen Reifegrad in der Entwicklung hin. Die Schlagzeile lag damit nicht nur in der Chemie, sondern vor allem in der Produktionsqualität.

Ein Kupfer-Rätsel

Dann wurde es wirklich ungewöhnlich. Bei der Analyse der positiven Elektrode – also des Batterieteils, der während des Betriebs Ladung speichert und wieder abgibt – tauchte Kupfer in bestimmten Bereichen ungleichmässig und in überraschend hohen Mengen auf.

Bis zu dieser Untersuchung war ein solches Muster in einer kommerziellen Natrium-Zelle nicht dokumentiert. Das Kupfer war nicht gleichmässig in das Material eingemischt.

Innerhalb einzelner Partikel war das Kupfer von den übrigen Metallen der Mischung getrennt. Es bildete eine klar abgegrenzte Zone statt einer homogenen Verteilung – räumlich isoliert, anders als das Team es erwartet hatte.

Welche Funktion dieses Kupfer erfüllt, ist weiterhin offen. Die Trennung liess sich in den Aufnahmen deutlich erkennen, doch ob sie der Batterie hilft, ihre Lebensdauer verkürzt oder beides zugleich bewirkt, ist bislang nicht geklärt.

Schütte bezeichnete den Befund als ein Ergebnis, das ernsthafte Fragen zur Rolle des Metalls für Leistung und Alterung dieser Zellen aufwirft.

Wo sie schwächelt

Trotz der starken Ergebnisse gab es klar erkennbare Grenzen. Bei der Energiedichte – also der Energiemenge bezogen auf Volumen und Masse – liegt die Zelle weiterhin hinter den besten Lithium-Ionen-Produkten. Für die gleiche Reichweite bedeutet das mehr Gewicht oder mehr Bauraum.

Die Kälte zeigte die deutlichste Einschränkung. Beim Entladen bei -20°C (entspricht -4°F) gab die Batterie weiterhin mehr als 80% ihrer nutzbaren Energie ab.

Beim Laden unter denselben kalten Bedingungen sah es jedoch anders aus: Dieser Wert fiel auf kaum mehr als die Hälfte.

Diese Differenz markiert den Bereich, in dem die Technologie am dringendsten nachlegen muss. Eine Batterie, die sich bei Kälte gut entladen lässt, aber dort nur schwer wieder auflädt, passt zu einigen Anwendungen – und ist bei anderen ein Problem.

Schütte wies darauf hin, dass häufiges Laden bei niedrigen Temperaturen ein sorgfältiges Wärmemanagement oder intelligentere Betriebsstrategien erfordern würde, um diese Schwäche zu umgehen.

Warum Natrium überzeugt

Der Reiz von Natrium ist vor allem eine Frage der Versorgungslage. Lithium ist ungleich verteilt, wird teurer und dürfte laut Prognosen von Branchenanalysten mit dem wachsenden Bedarf aus Elektroautos und Netzspeichern nicht Schritt halten.

Natrium umgeht vieles davon. Es ist reichlich vorhanden, gut verfügbar und deutlich günstiger zu gewinnen – Faktoren, die Rohstoffkosten für Hersteller senken und den Druck in Lieferketten verringern könnten, der über dem Lithium-Markt hängt.

Ein Bericht zu Batterie-Lieferketten zeigt, wie eng diese Lithium-Situation inzwischen wird.

Zudem kommen diese Zellen mit hohen Belastungen bei Kälte vergleichsweise gut zurecht. Das stärkt die Argumente für diesen Natrium-Batterie-Rivalen – sowohl für stationäre Speicher als auch für Fahrzeuge, die in kühlen Regionen betrieben werden.

Schütte sieht die naheliegendsten Einsätze kurzfristig bei Netzdienstleistungen, als Backup-Speicher sowie bei Fahrzeugen mit kürzerer Reichweite oder im gewerblichen Bereich, wo niedrige Kosten wichtiger sind als das letzte Reichweiten-Optimum.

Der weitere Weg für Natrium

Die Schlussfolgerung ist greifbar: Eine Natrium-Batterie aus laufender Serienproduktion, die heute verkauft wird, erreicht bei Gleichmässigkeit, Leistungsabgabe und Kälte-Entladung Werte, die sich mit Premium-Lithium-Ionen-Zellen messen können.

Dass es in diese Richtung geht, wurde in der Forschung zwar vermutet – in einem tatsächlich ausgelieferten Produkt war es bislang jedoch nicht so belegt. Für ein Element, das so günstig und so verbreitet ist, ist das ein deutlicher Meilenstein.

Die Kupfer-Beobachtung liefert zugleich einen neuen Ansatzpunkt. Künftige Natrium-Designs könnten darauf abzielen, sowohl Nickel als auch Kupfer zu vermeiden und gleichzeitig die Energiedichte zu steigern; zu verstehen, warum sich das Kupfer so separiert, könnte die nächsten Materialrezepturen entscheidend beeinflussen.

Schütte erwartet die grössten Fortschritte durch bessere Elektrodenmaterialien und Elektrolyte.

Für Autofahrende und Netzbetreiber liegt der praktische Effekt noch vor uns. Wenn die Schwäche beim Laden in der Kälte behoben wird und die Lücke bei der Energiedichte kleiner wird, ist Natrium nicht länger nur eine günstige Ausweichlösung.

Dann wird Natrium-Batterie-Technologie zu einem echten Gegenspieler – ein preiswerter Weg, Strom zu speichern und Autos anzutreiben, ohne sich auf ein angespanntes und teures Lithium-Angebot zu stützen.