Speicher/ Batterien

„Speicher ergänzen die erneuerbaren Energien. Stromspeicher spielen für die Energiespeicherung als auch für die Stabilität des Stromsystems und des Stromnetzes eine wichtige Rolle. Gemeinsam sorgen erneuerbare Energien und Speicher dafür, dass Deutschland jederzeit sauber, sicher und bezahlbar mit Energie versorgt werden kann.“ Bundeswirtschaftsministerium

Einsatzbereiche

  • Elektromobilität
  • stationäre Batteriespeicher als Haus- und Gebäudespeicher
  • Pufferung und Netzstabilisierung von regenerativ erzeugter Energie
  • Spezialanwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Typen

NMC (Nickel-Mangan-Cobalt)

Hohe Energiedichte, 230 -250 Wh/kg,
3000 – 5000 Ladezyklen, ordentliche Ladeleistung,
stärkere Alterung und Wärmeentwicklung, braucht BMS (Batteriemanagementsystem),
problematische Rohstoffe Cobalt und Nickel,
verbreitet in E-Autos, E-Bikes, Werkzeugen, Notebooks,
Heimspeichern
stationäre Batteriespeicher als Haus- und Gebäudespeicher
Pufferung und Netzstabilisierung von regenerativ erzeugter Energie
Spezialanwendungen in der Luft- und Raumfahrt

NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium)

Mangan wird teilweise durch Aluminium ersetzt (LiNiCoAlO2), Eigenschaften
ähnlich NMC, vor allem in E-Autos verbaut

LFP (Lithium-Eisenphosphat, LiFePO4)

130-160 Wh/kg, 5000-10000 Ladezyklen, kein Nickel, kein Cobalt, kostengünstig, kaum überhitzbar, vertragen hohe Lade- und Entladeströme, rel. unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Gut geeignet für stationäre Speicher (Großspeicher). Weniger geeignet für E-Autos Energiedichte geringer als NMC-Batterien

Natrium-Ionen

Natrium ersetzt Lithium. Verfügbarkeit von Natriumchlorid im eigenen Land, kostengünstig (30-40% preiswerter als Lithiumionenbatterien, Anoden nicht aus Graphit sondern aus Hard-Carbon (kann aus nachhaltiger Biomasse oder industriellen Nebenprodukten erzeugt werden), Energiedichte 140 – 160 Wh/kg. Sehr sichere Technologie, hohe Zyklen-festigkeit (>10000 Zyklen), laden schneller als Li-Ionenbatterien, großer Temperaturbereich ohne Leistungs-abfall, erste Großspeicher in China (100 MWh = 12000 Haushalte), erstes chinesisches E-Auto Modell (JAC Yiwei mit 25 kWh Natrium-Akku), erster Großspeicher in Bremen (Phenogy 1.0, Leistung 400 Kilowatt, Speicherkapazität 1 MWh, mit 50-KW-Photovoltaik-Anlage gekoppelt, arbeitet im Inselbetrieb. Ziel ist Omierung des Eigenverbrauchs und die Versorgung von Ladepunkten für E-Fahrzeuge), Forschung und Entwicklung in vollem Gange zur Verbesserung der Energie-dichte. Vor allem für Großspeicher die Technologie der Zukunft. Es wird geschätzt, dass Energiedichten über 200 Wh/kg erreicht werden können.

Zink-Bromid

Hohe Energiedichte, lange Betriebsdauer von mindestens 25 Jahren, während die Kapazität um lediglich 3,6 Prozent abnimmt.
Besonders sicher und umweltfreundlich, da keine toxischen Substanzen zum Einsatz kommen, weder brennbar noch explosiv, weit verfügbare, vollständig recycelbare Materialien wie Zink und leitfähiges Plastik, breites Betriebstemperatur-fenster, keine aufwendige Kühl- oder Klimatechnik notwendig, was sowohl den Wartungsaufwand als auch die Betriebs-kosten senkt. Beim Lastspitzenmanagement und bei der Eigenverbrauchsopmierung profitieren Stadtwerke von flexiblen Lade- und Entladeraten.

Zink-Wasserstoff Speicher

Prinzip der alkalischen Wasser-Elektrolyse: Während des Aufladens oxidiert Wasser in der Batterie zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert. Bei der bedarfsgerechten Entladung der Speicherzelle wird das Zink wieder in Zinkoxid umgewandelt. Das Wasser wird wiederum reduziert, so dass Wasserstoff erzeugt und freigesetzt wird. Kann zu einem Zehntel der Kosten von Lithium-Batterien produziert werden, speist bedarfsgerecht
Wasserstoff in den Energiekreislauf, Kombination aus Batterie und Wasserstoff-Herstellung mit einem Gesamtwirkungsgrad der Stromspeicherung von 50% (zurzeit favorisierte Power-to-Gas-Technologie wird doppelt übertroffen!).

Zusammengetragen von Peter

Links

Batterietechnologien Fraunhofer-Institut
Großspeicher in D z.B. VARTA (kritische Infrastruktur bleibt im Land)
Natrium-Ionen-Batterien Handelsblatt
Zink-Wasserstoff-Speicher Fraunhofer-Institut
Batterien vs. Gaskraftwerke Batterie-Podcast