Natriumbatterijen zijn in opmars als veelbelovend alternatief voor lithium-iontechnologie. Door gebruik te maken van natrium – een overvloedig en goedkoop element – kunnen deze batterijen niet alleen kosteneffectiever worden geproduceerd, maar ook milieuvriendelijker. Binnen deze categorie bestaan diverse chemieën, elk met eigen eigenschappen, toepassingen en ontwikkelingsstadia. Van stationaire zoutwaterbatterij tot geavanceerde natrium-ioncellen met hoge energiedichtheid: het aanbod groeit snel.
Waarom natrium?
Natrium (Na) lijkt chemisch sterk op lithium (Li), omdat beide elementen in dezelfde groep van het periodiek systeem vallen. Natrium is echter veel overvloediger aanwezig (vooral in zeewater en zoutlagen), goedkoper en gelijkmatiger verdeeld over de wereld. Dit maakt natrium interessant voor massaproductie, zeker nu de vraag naar batterijen wereldwijd stijgt en kritieke grondstoffen zoals lithium, kobalt en nikkel onder druk staan.
Soorten natriumbatterijen
Om het ingewikkeld te maken: er zijn verschillende soorten natriumbatterijen. En zowel zoutwaterbaterijen als natrium-ion werken werken in de basis op zout, maar er zijn verschillende samenstellingen voor de anode, kathode en de elektrolyt.
1. Natrium-ionbatterijen (Na-ion)
Natrium-ionbatterijen werken vergelijkbaar met lithium-ioncellen. Tijdens het laden migreren natriumionen van kathode naar anode; bij ontladen keert dit proces om. De anode bestaat meestal uit hard koolstof of natrium-metaaloxide, terwijl de kathode vaak is opgebouwd uit natrium-nikkel-mangaanoxide (NMMO), natrium-ijzer-fosfaat (NaFePO₄) of natrium-kobalt-oxide.
Voordelen: lage materiaalkosten, geen kobalt of lithium nodig, goede prestaties bij lage temperaturen, potentieel voor massaproductie met bestaande li-ion infrastructuur.
Nadelen: lagere energiedichtheid dan li-ion (meestal 90–160 Wh/kg), beperkte laadcycli (al verbeteren deze snel).
Dit type batterij lijkt met name interessant voor kleine en middelgrote stationaire opslagsystemen, kleine EV’s of stadsvoertuigen, thuisbatterijen en back-upsystemen.
Bedrijven als CATL, HiNa Battery, Faradion en Natron Energy hebben werkende prototypes en eerste generatiecellen in productie. BYD en andere grote spelers bereiden commerciële uitrol voor. In China zijn de eerste EV’s met natrium-ionbatterijen al aangekondigd en thuisbatterijen met deze chemie verschijnen op de markt.
2. Zoutwaterbatterijen (Na-ion met waterige elektrolyt)
In plaats van organische elektrolyten gebruiken deze batterijen een waterige zoutoplossing als medium voor ionentransport. Dit maakt ze veiliger en milieuvriendelijker, maar beperkt ook de werkspanning van de cel (vaak <1,6 V).
Voordelen: volledig niet-brandbaar, geen zware metalen, vrijwel geen risico op thermal runaway, zeer lange levensduur (>10.000 cycli).
Nadelen: lage energiedichtheid (20–50 Wh/kg), beperkte stroomoutput, gevoelig voor lage temperaturen.
De toepassingen zijn momenteel nog beperkt. Met name voor off-grid systemen en bijvoorbeeld bedrijfs- of buurtbatterij’ zijn ze interessant. Voor thuisopslag in combinatie met zonne-energie worden ze nog niet gebruikt, maar dat zou in de toekomst kunnen veranderen. Ook wordt dit type gebruikt als back-up voor telecom en industriële installaties. Onder andere BlueSky Energy (VS), Aquion (voorheen actief, failliet in 2017, technologie wordt herontwikkeld), en startups in India en China werken aan moderne versies met verbeterde prestaties.
3. Natrium-metaalbatterijen
Een innovatieve en nog experimentele variant waarin een metalen natriumanode wordt gecombineerd met een keramische of vaste elektrolyt. Deze benadering heeft potentieel voor zeer hoge energiedichtheid (>200 Wh/kg) zonder gebruik van lithium.
Voordelen: theoretisch hoge energiedichtheid, geen grafiet of zeldzame metalen nodig, robuuste grondstoffen.
Nadelen: natrium is reactiever dan lithium in metaalvorm, hogere veiligheidsrisico’s, productietechnisch complex.
Natrium-metaalbatterijen worden op dit moment nog niet in de praktijk gebruikt omdat ze nog in lab- en pilotfase verkeren. Er wordt onderzoek gedaan aan universiteiten en door partijen als Tiamat, Altris en Europese onderzoeksconsortia. Ze zijn nog niet commercieel beschikbaar.
4. Vaste-stof natriumbatterijen (solid-state Na-ion)
Deze combineren een natriumionenchemie met een vaste elektrolyt (bijv. keramisch of polymeer). Ze bieden verbeterde veiligheid en hogere energiedichtheid, met name bij hoge temperatuurtoepassingen.
Voordelen: niet-brandbaar, potentieel voor hogere spanningen, geschikt voor integratie in vaste modules.
Nadelen: nog duur in productie, gevoelig voor degradatie bij cyclisch gebruik, beperkte beschikbaarheid.
Er zijn ontwikkelingstrajecten in Japan, Zuid-Korea en de EU, maar de productie is nog ver verwijderd van een commerciële schaal. Waarschijnlijk worden ze in eerste instantie vooral gebruikt voor nichedoeleinden, zoals defensie, ruimtevaart en langetermijnopslag.
Vergelijking met lithium-ion en LFP
| Eigenschap | Natrium-ion (NMMO/NaFePO₄) | Zoutwaterbatterij | Li-ion (NMC) | LFP |
|---|---|---|---|---|
| Energiedichtheid | 90–160 Wh/kg | 20–50 Wh/kg | 200–300 Wh/kg | 150–180 Wh/kg |
| Brandbaarheid | Laag | Geen | Hoog | Laag |
| Kosten (materiaal) | Laag | Zeer laag | Hoog | Gemiddeld |
| Cycli | 2.000–5.000 | >10.000 | 1.000–3.000 | 3.000–8.000 |
| Beschikbaarheid | In opstartfase | Beperkt/comeback | Volwassen | Volwassen |
Stand van zaken in de praktijk
Terwijl natrium-ionbatterijen al in commerciële producten worden geïntegreerd – zoals in thuisbatterijen, compacte EV’s en opslagsystemen – bevinden andere chemieën zich nog in eerdere ontwikkelingsfasen. Zoutwaterbatterijen zijn herontdekt voor nichetoepassingen en off-grid systemen, maar kampen met beperkte energiedichtheid. Metaal-natrium en solid-state systemen worden nog voornamelijk in onderzoeksomgevingen getest. Commerciële doorbraken worden op zijn vroegst rond 2028–2030 verwacht, afhankelijk van investeringen en technische validatie.
Nederlandse innovatie: Starbatch-project
Een opvallende ontwikkeling komt uit Nederland. Chemiebedrijf Nobian werkt samen met Exergy Storage, de Universiteit Twente en ISPT aan een nieuwe batterijtechnologie gebaseerd op natrium in plaats van lithium. In het kader van het STARBATCH-project (Sodium Tetra chloro Aluminate Recyclable BATtery Chemicals) wordt gewerkt aan een duurzamer en efficiënter productieproces voor de elektrolyt NaAlCl₄. Deze verbinding kan geproduceerd worden uit natriumchloride, aluminium en chloor in één reactor bij lagere temperaturen. Daardoor daalt het energieverbruik van het proces aanzienlijk.
Het project borduurt voort op eerdere ervaringen uit het NaSTOR-project, waarin al is aangetoond dat natriumbatterijen met deze chemie geschikt zijn voor massaproductie tegen lage kosten. De batterijen zouden bovendien een hoge energiedichtheid combineren met intrinsieke veiligheid. De betrokken partijen verwachten dat de technologie voor 2030 klaar is voor commerciële toepassing. Daarmee kan Nederland een rol van betekenis gaan spelen in de opbouw van een Europese waardeketen voor batterijtechnologie zonder lithium.
Conclusie
Natrium- en zoutwaterbatterijen vormen een veelbelovend alternatief voor lithiumtechnologie, vooral voor stationaire opslag en toepassingen waar veiligheid, lage kosten en duurzaamheid belangrijker zijn dan compacte afmetingen of actieradius. De komende jaren zal de doorontwikkeling van deze chemieën – mede door geopolitieke en ecologische druk op lithiumvoorziening – waarschijnlijk versnellen. Terwijl lithium-ion voorlopig dominant blijft in de EV-markt, kan natrium op termijn een belangrijke rol gaan spelen in het energielandschap, zeker nu ook Europese initiatieven zoals STARBATCH de technologie dichter bij marktintroductie brengen.
