Polyanionische NFPP-Zellen: die zweite Generation der Heiwit-Natrium-Ionen-Batterien

Aktualisiert am 15 Oktober 2026

Natrium-Ionen-Batterien sind keine einheitliche Technologie. Unter diesem Begriff vereinen sich sehr unterschiedliche Kathodenchemien, deren Eigenschaften hinsichtlich Lebensdauer, Sicherheit und Leistung bei niedrigen Temperaturen voneinander abweichen. Die erste Generation der Heiwit-Systeme verwendet eine Kathode aus geschichteten Übergangsmetalloxiden (Na_xTMO₂). Die zweite Generation, die ab Anfang 2027 in den Handel kommt, verwendet eine Kathode aus polyanionischem NFPP.

Dieser Artikel erklärt die elektrochemischen Veränderungen und ihren Nutzen in einem stationären Speicher anhand der Qualifizierungsdaten der neuen Zellen.

Was bedeutet “polyanionisch”

In einer Schichtoxid-Kathode bewegen sich Natriumionen zwischen übereinander gestapelten Übergangsmetalloxid-Ebenen. Das ist eine effiziente Struktur — sie speichert viel Energie —, aber die Ebenen dehnen sich bei jedem Lade- und Entladezyklus aus und ziehen sich zusammen, wodurch sie mit der Zeit an Ordnung verlieren. Das ist der Mechanismus, der die Lebensdauer dieser Zellenfamilie begrenzt.

In einer polyanionischen Kathode bewegt sich stattdessen Natrium in einem starren dreidimensionalen Gitter, zusammengehalten durch eisengebundene Phosphat- und Pyrophosphatgruppen. Die Abkürzung NFPP steht für Natrium-Eisen-Pyrophosphat-Phosphat, Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇): ein Gerüst, das sich kaum verformt, wenn Natrium ein- und austritt.

Die Folge ist ein präziser Kompromiss, und es lohnt sich, ihn klar auszusprechen, denn er ist das Kernstück der Entscheidung:

Das polyanionische Gitter speichert weniger Energie pro Kilogramm als ein geschichtetes Oxid, liefert sie aber über viel mehr Zyklen, mit größerer thermischer Stabilität und besserer Leistung bei Extremtemperaturen.

Das ist eine allgemeine Eigenschaft der Familie der polyanionischen Kathoden, keine Angabe eines einzelnen Herstellers: Die Gittersteifigkeit kostet Masse, und diese Masse trägt nicht zur Energiespeicherung bei.

Für ein Elektroauto wäre das ein ungünstiger Tausch: Dort zählt das Gewicht. Für einen stationären Speicher an einer Wand oder in einem Technikraum, wo niemand die Batterie anhebt und man sie in zwanzig Jahren noch funktionstüchtig haben möchte, ist es der richtige Tausch.

Der Rest der Zelle ändert sich nicht

Es lohnt sich zu klären, was sich nicht ändert, denn das ist der Grund, warum der Prozess industriell handhabbar ist. Die Anode besteht weiterhin aus Hard Carbon, nicht graphitierbarer Hartkohlenstoff, derselbe wie in der ersten Generation. Das Funktionsprinzip ist identisch. Auch der Produktionsprozess ist es: Kathode, Anode und Elektrolyt werden auf derselben Linie ersetzt, ohne die Anlage neu zu konstruieren.

Eine Besonderheit, die Natrium aus beiden Chemien mitbringt, verdient Beachtung: Im Gegensatz zu Lithium, das an der Anode einen Kupfer-Stromkollektor benötigt, können bei Natriumzellen beide Kollektoren aus Aluminium sein. Es ist nicht nur eine Frage der Rohstoffkosten. Es ist das, was es ermöglicht, die Zelle vollständig auf null Volt zu entladen, um sie sicher zu lagern und zu transportieren, ohne sie zu beschädigen – etwas, das eine Lithiumzelle nicht toleriert.

Die Zahlen im Vergleich

Die Tabelle vergleicht die NFPP-Zellen mit den Referenzzellen des Speichermarktes. Die Werte für Blei-Säure-, LFP- und NMC/NCA-Zellen sind typische Bereiche; die NFPP-Werte sind die angegebenen Qualifikationsdaten der von Heiwit verwendeten Zellen.

Die Werte für die Referenzchemie stammen aus Tests an den in der Quelle angegebenen spezifischen Vergleichszellen unter den aufgeführten Testbedingungen. Sie sind nicht als universelle Leistungswerte der jeweiligen chemischen Familien zu interpretieren, da diese Zellen mit stark voneinander abweichenden Formulierungen und Konstruktionen umfassen.

Zwei Zeilen verdienen eine sorgfältige Lektüre.

Die Energiedichte liegt unter der von Lithium-Eisenphosphat: 100–120 Wh/kg. Bei gleicher installierter Kapazität ist ein Natrium-Polyanionen-System voluminöser und schwerer als ein LFP-System. Für einen stationären Haus- oder Gewerbespeicher bedeutet dies ein paar Zentimeter und ein paar Kilo mehr, was keine Nutzungseinschränkung darstellt – aber es ist gut, es vorher zu wissen, nicht erst nachher.

Die Zyklen betragen laut Angabe 9.000 bei einer Entladetiefe von 95%. Die Bedingung muss zusammen mit der Zahl betrachtet werden, da sie die Vergleichbarkeit der Daten gewährleistet: In vielen technischen Datenblättern werden die Zyklen bei geringerer Entladetiefe angegeben, wodurch der Wert natürlich steigt. 9.000 Zyklen bei einem DoD von 95% bedeuten, dass die Zelle so ausgelegt ist, dass sie jeden Tag fast vollständig entladen wird, und genau so funktioniert ein Speicher in Kombination mit einer Photovoltaikanlage: Tagsüber wird er geladen, abends wird er entladen.

Eine notwendige Klarstellung zu der Rechnung, die an dieser Stelle jeder anstellt. Neuntausend Zyklen entsprechen rechnerisch etwa 24,7 Jahren indem man einen vollständigen Zyklus pro Tag durchführt, aber dies ist keine Vorhersage der kalendarischen Lebensdauer. Die tatsächliche Lebensdauer einer Batterie hängt auch von der Betriebstemperatur, dem durchschnittlichen Ladezustand, der tatsächlichen Entladetiefe und den Betriebsbedingungen ab: Die Anzahl der Zyklen ist eine der Variablen, nicht das Endergebnis.

Das Verhalten bei Kälte

Das ist der sichtbarste Unterschied im Vergleich zu Lithium-Eisenphosphat und der am einfachsten vor Ort zu überprüfende.

Beim Entladetest bei sinkenden Temperaturen – Aufladung auf 3,5 V mit einer Leistung von 0,5 P, 10 Minuten Pause, anschließende Entladung bei der Testtemperatur – behält die NFPP-Zelle 95,04% der Kapazität bei −20 °C. Eine LFP-Referenzzelle stoppt beim selben Test bei 67,8%.

In der Praxis bedeutet das: An einem Januarmorgen bei −10 °C in einem unbeheizten Technikraum liefert eine LFP-Batterie nur einen deutlich reduzierten Bruchteil ihrer Nennkapazität – gerade an Tagen, an denen die Photovoltaikanlage weniger Strom produziert und der Speicher am dringendsten benötigt wird. Die Kluft vergrößert sich mit sinkender Temperatur: Bei −40 °C bleibt die polyanionische Chemie über 85%, während die im selben Test als Referenz verwendeten LFP- und NMC-Zellen keine nutzbare Kapazität liefern.

Strom, Leistung und Wärme

Der Entnahmetest mit steigenden Strömen – Laden mit 0,5C, Ruhepause, dann Entladen mit 1C, 2C und 4C, Spannungsfenster 1,5–3,5 V – verdeutlicht den zweiten strukturellen Vorteil.

Die Werte für die Referenzchemie stammen aus Tests an den in der Quelle angegebenen spezifischen Vergleichszellen unter den aufgeführten Testbedingungen. Sie sind nicht als universelle Leistungswerte der jeweiligen chemischen Familien zu interpretieren, da diese Zellen mit stark voneinander abweichenden Formulierungen und Konstruktionen umfassen.

Bei 4C gibt die Polyanion-Zelle fast ihre gesamte Kapazität ab und erwärmt sich um 15,5 °C; die LFP-Zelle gibt 83% ihrer Kapazität ab und erwärmt sich um 22,1 °C. Weniger Wärmeentwicklung bei gleichem Strom bedeutet, dass sich das System besser selbst schützt, noch bevor das BMS oder die Belüftung eingreifen.

Der gemessene Round-Trip-Wirkungsgrad beträgt 97% bei 0,25P. Bei einem Hausspeicher, der jeden Tag zykliert, ist jeder Effizienzpunkt Energie, die bei jedem einzelnen Zyklus nicht als Wärme verloren geht, und das über die gesamte Lebensdauer des Systems.

Die Sicherheitsprüfungen

Die Zellen wurden gemäß den Prüfnormen für stationäre Energiespeicher qualifiziert. Wir führen die Tests und das Ergebnis auf, wie sie sich aus den Berichten ergeben.

Es lohnt sich, zwei Tests ausführlich zu beschreiben, denn “den Nageltest bestehen” bedeutet ohne die Bedingungen gar nichts.

Bei der Eindringung mit einem Nagel hat die Zelle eine Temperatur von 25 °C und ist vollständig geladen. Eine Stahlnadel mit einem Durchmesser von 5 mm durchdringt sie im geometrischen Zentrum mit einer Geschwindigkeit von 25 ± 5 mm/s und bleibt darin stecken, wobei die Schichten für eine Beobachtungsdauer von einer Stunde kurzgeschlossen werden. Die Anforderung ist kein Brand und keine Explosion.

Bei der thermischen Prüfung wird die geladene Zelle während des Ladevorgangs mit Konstantstrom 1C erwärmt, bis sie thermisch durchgeht, bis sie eine Temperatur von 300 °C erreicht oder bis vier Stunden vergangen sind. Auch hier gilt die Anforderung: kein Brand, keine Explosion, kein Bruch.

Was die Prüfungen betrifft, nennt der Zellhersteller Prüfberichte nach IEC 62619 (Sicherheit von Sekundärzellen für industrielle Anwendungen), UL 9540A (Ausbreitung des thermischen Durchgehens in Energiespeichersystemen), UN 38.3 (Transporttauglichkeit), RoHS und Sicherheitsdatenblätter für die Materialien sowie Berichte für den See- und Lufttransport.

Konstruktion der Zelle

Prismatische Zellen nutzen ein Verfahren zur Stapelung (Stacking) statt Wickeln: Die Elektroden sind in flachen Schichten übereinandergelegt statt gerollt. Daraus resultieren eine bessere Raumausnutzung, eine geringere interne Impedanz und eine geringere Wärmeentwicklung bei gleichem Strom.

Zylindrische Zellen verfolgen stattdessen ein Design nach dem Tabless-Prinzip, ohne Verbindungslaschen: Die gesamte Kante der Elektrode dient als Kollektor. Die Wirkung ist ein sehr geringer Innenwiderstand und eine verteilte Wärmeableitung, sodass diese Konstruktion Entladungsimpulse bis zu 50C aushält.

Was ändert sich für diejenigen, die bereits eine Heiwit-Batterie besitzen?

Es ändert sich nichts. Die derzeit im Handel erhältlichen und bereits installierten Schicht-Oxid-Systeme behalten die Leistung und die Garantie bei, mit denen sie erworben wurden; sie werden weiterhin gewartet und funktionieren mit demselben Wechselrichter, derselben App und demselben BMS. Es handelt sich um eine ausgereifte und praxiserprobte Technologie, und die darin verbauten Zellen entsprechen den in den jeweiligen technischen Datenblättern angegebenen Spezifikationen.

Die NFPP-Zellen kommen ab Anfang 2027 in den neu produzierten Systemen zum Einsatz, sobald die aktuellen Bestände aufgebraucht sind. Die Prototypen werden am 7. und 8. Oktober 2026 auf der Messe in Verona als Vorpremiere vorgestellt. Wer heute kauft, erwirbt kein Auslaufprodukt: Er erwirbt die im Einsatz befindliche Generation, mit ihrer Garantie und ihrer Installationshistorie.

Einblicke

Drei Aspekte dieser Chemie verdienen eine gesonderte Behandlung mit ihren jeweiligen Protokollen und Testdaten:

• Sicherheit von Natrium-Ionen-Zellen: Was die Tests wirklich zeigen — Durchdringung mit einem Nagel, Überladung, Quetschung, thermische Prüfung bis 300 °C, einschließlich der vollständigen Prüfprotokolle und des Unterschieds zwischen Zell- und Systemqualifizierung.
• Natrium-Ionen-Batterien bei niedrigen Temperaturen — eine Kapazität von 95,04% bei −20 °C gegenüber 67,8% bei einer LFP-Zelle sowie die elektrochemische Erklärung für diesen Unterschied.
• Energiedichte versus Lebensdauer — warum Wattstunden pro Kilogramm bei einem stationären Speicher kaum eine Rolle spielen und auf welchen Parameter stattdessen zu achten ist.

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet NFPP?

Es ist das Akronym für Natrium-Eisen-Pyrophosphat-Phosphat, Natrium-Eisen-Phosphat-Pyrophosphat, Formel Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇). Es bezeichnet das Material der Kathode, also der positiven Elektrode der Zelle.

Sind polyanionische Zellen besser als schichtförmige Oxide?

Sie eignen sich besser für die stationäre Speicherung, sind aber nicht absolut besser. Das polyanionische Gitter bevorzugt Stabilität und Lebensdauer, das Schichtoxidgitter bevorzugt die spezifische Energie. Bei einer Anwendung, bei der Gewicht und Volumen entscheidend sind – wie zum Beispiel in der Mobilität –, wäre die richtige Wahl genau umgekehrt.

Was bedeutet “9.000 Zyklen bei DoD 95%”?

Dass die Zelle für 9.000 vollständige (NA-48V170Ah, polyanionische NFPP-Zellen, ab 2027) Lade- und Entladezyklen qualifiziert ist, bei denen in jedem Zyklus 95 % der Nennkapazität genutzt werden, mit 70 % Restkapazität am Ende der Prüfung. Die Entladetiefe ist immer zusammen mit der Zyklenzahl zu lesen: Bei geringerer Entladetiefe steigt die Zyklenzahl, daher sind zwei unter verschiedenen Bedingungen angegebene Werte nicht vergleichbar.

Warum ist die Energiedichte niedriger?

Weil das polyanionische Gitter einen Teil seiner Masse den Phosphat- und Pyrophosphatgruppen widmet, die es steif halten. Diese Steifigkeit ist es, die Haltbarkeit und thermische Stabilität erzeugt: Sie ist der strukturelle Preis für den Vorteil.

Wird ein anderer Wechselrichter benötigt?

Nein. Das Funktionsprinzip und das Arbeitsspannungsfenster bleiben mit der bereits verwendeten Systemelektronik kompatibel.