Ein elektrischer Speicher mit der Leistungsdichte einer Batterie und der Schnellladefähigkeit eines Superkondensators: Im Projekt Fast-Storage-BW entwickelt das Fraunhofer IPA gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Forschung einen leistungsstarken Hybridspeicher, der das Beste aus beiden Welten vereinen soll. Der neuartige Stromspeicher könnte auch in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
Bislang sind Superkondensatoren, sogenannte Supercaps, das Mittel der Wahl, wenn Energieströme von bis zu 10 kW kurzzeitig aufgenommen und wieder abgegeben werden sollen. Die Supercaps reagieren schnell und lassen sich fast unendlich oft wieder aufladen. Das Problem dabei ist jedoch, erläutern die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, dass sie nur einen Bruchteil der Speicherkapazität der deutlich langsameren Nickel-Metallhydrid- oder Lithium-Ionen-Batterien erreichen. Zudem können sie die gespeicherte Energie nur über eine sehr begrenzte Zeit halten. Hier sollen die Fast-Storage-Power-Caps ansetzen, die die Partner aus Industrie und Forschung im Projekt Fast-Storage-BW derzeit entwickeln. Koordinator des Projekts ist das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart.
Neuartiger Stromspeicher mit hohem Marktpotenzial
Die Fast-Storage-Power-Caps sollen am Ende eine vergleichbare Leistungsdichte und Schnellladefähigkeit aufweisen wie Supercaps sowie eine Energiedichte, die an die herkömmlicher Batterien heranreicht. Gleichzeitig streben die Entwickler eine Lebensdauer von zehn bis fünfzehn Jahren an - für Batterien sind drei bis acht Jahre typisch. Zudem sollen die Power-Caps eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit haben als Batterien, hundert mal mehr Ladezyklen überstehen und ihre Ladung über mehrere Wochen ohne nennenswerte Verluste durch Selbstentladung halten können.
Standard-Speicherzellen für den Massenmarkt kommen mittlerweile fast ausschließlich aus den USA oder Asien. Daran wird sich so schnell auch nichts ändern, so lautet die Einschätzung von Joachim Montnacher, Leiter des Geschäftsfelds Energiewirtschaft am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA.
"Das Marktpotenzial für die Hybridzellen ist erheblich. Bereits heute liegt es bei zirka einer halben Milliarde Euro und in vier bis sechs Jahren könnten es zwei bis drei Milliarden Euro sein", schätzt Edward Pytlik, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung von Varta Microbattery in Ellwangen. Der Batteriehersteller Varta ist Fast-Storage-BW-Projektpartner. Das Unternehmen erhofft sich dadurch die Chance auf eine weltweite Marktführerschaft in diesem Segment.
Einsatzmöglichkeit von Intralogistik bis hin zum Kraftfahrzeug
Mögliche Einsatzfelder für den neuartigen Stromspeicher sehen die Forscher beispielsweise in der Intralogistik: bei elektrisch betriebenen Hilfsmitteln zum Transport von Bauteilen oder Stückgut wie Regalbediengeräten (RBG), Gabelstaplern oder autonomen, fahrerlosen Transportsystemen (FTS). Hier könnten Hybridspeicher Lösungen zur Energierückgewinnung effizienter oder überhaupt erst möglich machen. Gleichzeitig würden sie durch stark verkürzte Ladezeiten die Verfügbarkeit netzunabhängiger elektrischer Transporthelfer erhöhen, erklären die Fraunhofer-Forscher.
Darüber hinaus sollen Power-Caps die Basis für fortgeschrittene Lösungen zum 'betanken' mobiler, batteriebetriebener Geräte mit Strom wie induktives Laden schaffen. "Sie ebnen den Weg für eine neue Generation von Rekuperationssystemen, die auch in Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren Bremsenergie zurückgewinnen und diese anschließend dem Bordnetz zur Verfügung stellen", erläutert IPA-Energiewirtschaftsexperte Montnacher.
Vorversuche erfolgreich abgeschlossen
Die ersten Vorversuche zu den Fast-Storage-Power-Caps seien bereits erfolgreich abgeschlossen. Nun sollen in einem Folgeprojekt grundlegende Materialkomponenten und Fertigungsverfahren entwickelt werden, die eine Produktion im industriellen Maßstab ermöglichen.
Das Projekt wird vom Ministerium für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg gefördert. Zu den Projektpartnern zählen - neben dem Fraunhofer IPA und dem Batteriehersteller Varta - die Universität Stuttgart, das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), das Karlsruher Institut für Technologie sowie die Unternehmen Sew Eurodrive in Bruchsal und Viastore Systems in Stuttgart.