Ein Material, das den schäumenden Brüchen des berühmten japanischen Drucks „Die Große Welle vor Kanagawa“ ein lebendiges Blau verlieh und Werken von Picasso und Monet dieselbe Farbe verlieh, wird heute für eine ganz andere, aber ebenso kreative Aufgabe verwendet: energiehungrige U zu halten.S. Rechenzentren laufen.Preußischblau, das Pigment, das von einem Berliner Farbenhersteller im frühen 18.Jahrhundert entwickelt wurde, ist eine Schlüsselkomponente in Batterien, die mit Natrium anstelle von Lithium hergestellt werden und für andere Industrien als Elektrofahrzeuge bestimmt sind.
„Es wird als Pigment, als Farbstoff und seit Jahrhunderten als Verbraucherprodukt verwendet“, sagt Colin Wessells, Chief Executive Officer von Natron Energy Inc., in Santa Clara, Kalifornien., der Batteriehersteller hinter der Technologie. „Es stellt sich auch heraus, dass es hervorragend Natriumionen speichert“, sagt er, was zu einer Batterie mit hoher Leistung und langer Lebensdauer führt.
Lithium-Ionen—Batterien sind in den letzten drei Jahrzehnten allgegenwärtig geworden und werden in Smartphones und Elektrofahrzeugen — darunter Autos von Tesla und Volkswagen sowie Busse von BYD – und zur Speicherung erneuerbarer Energie aus Solar- oder Windkraftanlagen eingesetzt. Trotzdem sind sie nicht die beste Option für alle potenziellen Anwendungen, da sie die Energiedichte, die dazu beiträgt, dass Autos weiter fahren, der Langlebigkeit oder Stabilität vorziehen. Dies lässt Raum für alternative Technologien, um einen Teil der weltweit steigenden Batterienachfrage zu decken.
„Lithium-Ionen ist keine Einheitslösung“, sagt Mitalee Gupta, Senior Energy Storage Analyst in Boston bei Wood Mackenzie. „Verschiedene Technologien beginnen ihren Weg zu finden und werden Marktanteile gewinnen.“
Alternativen zu Lithium-Ionen mit Materialien wie Zink, Vanadium oder Natrium erweisen sich für viele Aufgaben als gut geeignet, insbesondere für stationäre Speicher, mit denen Versorgungsunternehmen erneuerbare Energien gewinnen und Stunden später Strom an die Verbraucher liefern oder Telekommunikationstürme und abgelegene Industriestandorte wie Minen mit Strom versorgen. Der Sektor ist bereit für ein starkes Wachstum, wobei die jährlichen Installationen von 6 Gigawattstunden im vergangenen Jahr auf etwa 155 Gigawattstunden im Jahr 2030 steigen werden, so Daten von BloombergNEF, Bloomberg lps primärem Forschungsdienst zur Energiewende.
Natron, das 2012 aus der Stanford University ausgegliedert wurde, hat rund 70 Millionen US-Dollar von Investoren wie dem Öl- und Gasriesen Chevron Corp. gesammelt und in diesem Monat 19 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln des Energieministeriums erhalten. Es zielt auf den Batterieverkauf für die Backup-Stromversorgungssysteme ab, die Rechenzentren bei Ausfällen online halten, und wird in diesem Quartal mit dem Versand an Kunden von Telekommunikations- und Internetdienstanbietern beginnen, sagt Wessells, der es ablehnte, die Kunden zu nennen. Das Startup testet auch den Einsatz der Technologie beim Laden von Elektrofahrzeugen an einem Demonstrationsstandort an der University of California in San Diego.Preußischblaues Pulver, hergestellt durch Kombination von Eisensalz und Hexacyanoferratsalz — das in den frühesten Rezepten aus den 1720er Jahren das Zünden und Kochen von Mischungen aus getrocknetem Rinderblut und Chemikalien beinhaltete — bietet Batterieherstellern entscheidende Vorteile. Es ist billig und weit verbreitet, und seine Eigenschaften sind gut verstanden. Am wichtigsten ist, dass seine chemische Struktur ideal für Batterieelektroden ist, die Komponenten, die Energie speichern und freisetzen. Alle Elektroden wirken wie Schwämme, sagt Wessells, absorbieren Ionen und geben sie dann frei, wenn sie geladen und entladen werden. Preußischblau lässt Ionen jedoch leichter hin und her passieren als andere Materialien. Diese Qualität macht die Elektroden viel langlebiger als die Elektroden auf Kohlenstoff- und Metallbasis von Lithium-Ionen-Batterien, die mit der Zeit auseinanderfallen.
Die kostengünstige Natrium-Ionen-Batterie lässt sich schnell aufladen, oft innerhalb von Minuten, und kann schnell kurze Energieausbrüche liefern. Es ist eine andere Reihe von Stärken als die von Lithium-Ionen-Batterien, geschätzt für ihre Fähigkeit, große Mengen an Energie in kleinen Mengen zu stopfen. „Unsere Technologie eignet sich nicht für Elektrofahrzeuge, für Elektroflugzeuge, für Unterhaltungselektronik“, sagt Wessells.
Es gibt auch einen Kostenvorteil durch die Verwendung von reichlicheren und billigeren Rohstoffen. Natron verkauft Batteriesysteme an Rechenzentrumskunden zu einem ähnlichen Preis wie bestehende Blei-Säure-Packs und Lithium-Ionen-Produkte, sagt jedoch, dass seine Technologie aufgrund der Lebensdauer der Batterie langfristig dreimal billiger wird.“Natrium ist das sechsthäufigste Element auf der Erde, es ist im Wesentlichen unbegrenzt und nachhaltig. Sie ernten es — Sie bauen es nicht so sehr ab „, sagt James Quinn, CEO von Faradion Ltd., ein Entwickler von Natriumionenbatterien in Sheffield, England, der kürzlich Vereinbarungen zur Belieferung des australischen Energiespeichermarktes für Privathaushalte und zur Herstellung von Batterien für Nutzfahrzeuge in Indien getroffen hat.In Lithium-Ionen-Produkten können Kombinationen teurer Metalle wie Nickel und Kobalt laut BNEF etwa 60% der Gesamtkosten der Batteriezelle ausmachen. Die trübe Lieferkette von Kobalt verunsichert auch weiterhin einige Endverbraucher. Dennoch sind die Preise für Lithium-Ionen-Packs seit 2010 um fast 90% gesunken, da das Produktionsvolumen gestiegen ist und die Technologie fortgeschritten ist. Selbst wenn Wettbewerber sie aus einigen Märkten verdrängen, bleiben sie die dominierende Batterietechnologie.Aber da Batterien zu einer Reihe von Produkten hinzugefügt werden — möglicherweise sogar in Kleidung, um Kühlsysteme zu versorgen – wird die beschleunigte Nachfrage einen Bedarf an einer breiteren Palette von Batterietypen mit einer Reihe von Rohstoffen wecken, sagt Venkat Viswanathan, Associate Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon. „Schließlich wird im Grunde jedes Gerät, mit dem Sie interagieren, wahrscheinlich eine Batterie darin haben“, sagt er. „Und sobald Sie diese Skala erreicht haben, benötigen Sie eine Vielzahl von Zellen.“ – Mit Akshat Rathi
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