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08.06.2017 | Energiespeicher | Im Fokus | Onlineartikel

Keramikspeicher könnten Energiewende-Problem zu Teilen lösen

Autor:
Frank Urbansky
2:30 Min. Lesedauer

Die Energiewende hat wegen fluktuierender Erzeugung von Wind- und Sonnenstrom einen hohen Speicherbedarf. Keramikspeicher könnten diesen auf vielen Ebenen lösen – und das zu äußerst günstigen Preisen.

Ein weiterer Puzzlestein im noch ungelösten Speicherproblem der Energiewende können Keramikbatterien, die Energie mittels hoher Temperaturen speichern, sein. "Typische Vertreter sind die Natrium-Schwefel Batterie (NaS) und die Natrium-Nickelchlorid Batterie (NaNiCl), auch ZEBRA-Batterie genannt (Zero Emission Battery Research Activities). Die Reaktionspartner liegen bei Temperaturen um 350 Grad Celsius in flüssiger geschmolzener Form vor, beispielsweise bei der NaS-Batterie als Schwefelschmelze, bei der NaNiCl-Batterie als Natriumschmelze. Das Aktivteil darf nie unter die Schmelztemperatur absinken. Der Elektrolyt ist ein für Ionen durchlässiges Rohr aus Funktionskeramik. Beide Konzepte besitzen eine Heizung sowie eine Kühlung mit forcierter Luft zur Aufrechterhaltung der Betriebstemperatur. Die Entwicklungsstadien beider Konzepte sind weit fortgeschritten und kommen in Pilotanlagen zum Einsatz", beschreibt den aktuellen Stand dieser Technologie Springer Vieweg-Autor Adolf J. Schwab auf Seite 266 seines Buchkapitels Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien.

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2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energien

Gemäß dem 1. Energiewirtschaftsgesetz EnWG aus dem Jahre 1935 erfolgte die Stromerzeugung in Deutschland vorrangig unter dem Gesichtspunkt minimaler Stromkosten bzw. -preise. Der kostenoptimale Strommix aus fossil befeuerten Kraftwerken, Wasserkraftwerken und später Kernkraftwerken richtete sich neben betrieblichen Erfordernissen nach den aktuellen Preisen bzw. Kosten für die verschiedenen Primärenergieträger.


Forscher des Fraunhofer-Instituts IKTS aus Jena treiben die Entwicklung dieser Speicher immer weiter. In naher Zukunft sollen sie bereits auf dem Markt erhältlich sein. Die von den Wissenschaftlern entwickelte Hochtemperaturbatterie Cerenergy zeichnet sich durch niedrige Kosten und gute Herstellbarkeit in Serie aus. Bei keramischen Verfahren ist dies keineswegs selbstverständlich.

Nur heimische Materialien

Verwendet wird Natrium-Nickelchlorid. Entwickelt wurden diese Art von Batterien bereits in den 70er Jahren. In den 80ern erlebten sie einen ersten Einsatz in Elektrofahrzeugen. Ihr großer Vorteil: Als Rohstoffe kommen ausschließlich die hierzulande vorkommenden Metalle und ihre Verbindungen wie Nickel, Aluminiumoxid oder Kochsalz zum Einsatz. Das macht von den weltweit konstant steigenden Lithiumpreisen unabhängig. Zudem belaufen sich die Systemkosten, bezogen auf die Energiedichte, auf unter 100 Euro je Kilowattstunde – deutlich günstiger als Lithium-Technologie.

Die Zellspannung einer Einzelzelle beträgt 2,3 Volt, die Kapazität 128 Amperestunden und der Energieinhalt 294 Wattstunden. 5.000 Ladezyklen sind realistisch, was einer Lebensdauer von deutlich mehr als 10 Jahren entsprechen würde.

Zum Einsatz kommt bei der Herstellung beta-Aluminat. Am IKTS wird dieses keramische Pulver aufbereitet und eine vollkeramische Großserientechnologie zur Herstellung der Batterien entwickelt. Dafür mischen die Wissenschaftler es mit Polymeren und elektrisch leitfähigen Materialien zu einer Suspension, die wiederum auf eine Folie aufgebracht wird.

Hohe Flexibilität

Ein großer Vorteil der Technologie ist auch ihre Flexibilität hinsichtlich der Speicherleistung. Denkbar sind sowohl sehr kleine, leistungsfähige Akkus, die in kürzester Zeit aufgeladen werden. Aber die Zellen könnten auch zu einer Leistung von mehreren 100 Kilowatt bis einigen Megawatt zusammengekoppelt werden.

Aktuell suchen die Wissenschaftler nach Kooperationspartnern, um die Batterien auch kommerziell zu verwerten. "Hochtemperatur-Akkumulatoren weisen aufgrund des Fehlens von Nebenreaktionen praktisch keine elektrochemischen Speicherverluste und eine hohe Zyklenfestigkeit auf. Allerdings ergeben sich erhebliche thermische Standby-Verluste durch die Betriebstemperatur, so dass Hochtemperatur-Akkumulatoren eher als Kurzzeitspeicher einsetzbar sind", beschreiben die Springer Vieweg-Autoren Viktor Wesselak, Thomas Schabbach, Thomas Link, Joachim Fischer die Einsatzmöglichkeiten in ihrem Buchkapitel Energiespeicher auf Seite 737.

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