Lithium-Ionen-Batterien: Wickelbare Keramik sorgt für mehr Sicherheit

Batterie

evonik_separion_1 (Quelle: Evonik) Essen - Evonik Industries und Prof. Dr. Paul Roth von der Universität Duisburg Essen sind für den Deutschen Zukunftspreis 2007 nominiert. Aufgrund der bahnbrechenden Entwicklung eines keramischen und trotzdem flexiblen Separators, der Anode und Kathode trennt und damit für künftig sicherere und leistungsfähigere Lithium-Ionen-Batterien sorgt.

In Kamenz bei Dresden wird jetzt mit der Serienproduktion von Batteriekomponenten gestartet. Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Hybrid- und Elektrofahrzeugen war bislang mit Sicherheitsbedenken verbunden. Der Grund liegt in der bisher mangelnden Sicherheit auf Batterie- und Zellebene: Die heutigen Kunststoff-Separatoren, die Anode und Kathode in der Batterie trennen, verlieren bei Temperaturen von über 140 Grad Celsius ihre Stabilität.


Dem Unternehmen Evonik ist es nun gelungen, mit Separion-Separatoren, dem Pionierprodukt aus dem konzerneigenen Portfolio der Lithium-Ionen-Technologie, die Lithium-Ionen-Batterie nachweislich sicherer, leistungsfähiger und langlebiger zu machen. „Mit dieser Technologie erschließen wir das hochattraktive Anwendungsfeld mobiler und stationärer Großbatterien, dem zweistellige Wachstumsraten vorhergesagt werden“, sagt Dr. Andreas Gutsch von Evonik Industries. „Das Marktvolumen für großvolumige Lithium-Ionen-Batterien wird im nächsten Jahrzehnt die Schwelle von 10 Mrd. Euro übersteigen, das für Batteriematerialien 4 Mrd. Euro.“ Gutsch, der die Lithium-Ionen-Technik innerhalb des Evonik-Konzerns federführend vorantreibt, ist Sprecher des für den Zukunftspreis nominierten, dreiköpfigen Projektteams, dem auch Dr. Gerhard Hörpel (Evonik) sowie Prof. Dr. Paul Roth (Universität Duisburg-Essen) angehören.

In Zukunft sollen große elektrische Lithium-Ionen-Energiespeicher zur effizienteren Marktdurchdringung regenerativer evonik_separion_2 Energiequellen erheblich beitragen. Insbesondere durch Elektrizitätsnetz-Stabilisierung bzw. Elektrizitäts-Lastausgleich (Load-Leveling) bei netzgebundenen Windkraft- und Solaranlagen. Damit wäre Energie aus Wind und Sonne speicherbar. Die stationäre Speicherung elektrischer Energie macht die regenerativ hergestellte Energie mit Wirkungsgraden oberhalb 95 Prozent wieder verfügbar - ein Wert, der mit keiner anderen Technologie auch nur annähernd erreicht wird. Dies unterstreicht die Relevanz von Lithium-Ionen-Engergiespeichern. In Deutschland soll der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung bis 2020 auf 25 % – 30 % steigen. Bis 2050 soll mindestens die Hälfte des deutschen Primärenergieverbrauchs aus erneuerbaren Energien gedeckt werden.

Evonik hat bislang 50 Millionen Euro in Entwicklung und Vermarktung der neuen keramischen Separatormaterialien sowie weiterer Batteriekomponenten, gerade auch in den Aufbau von Pilot- und Produktionsanlagen, investiert. In 2005 hatte Evonik außerdem bereits ein Joint Venture mit dem japanischen Batteriehersteller Enax gegründet, um die Integration von Komponenten voranzutreiben sowie auf dem stark boomenden chinesischen Markt präsent zu sein. In Kamenz bei Dresden geht die Lithium-Ionen-Technik nun in die Serienfertigung. Durch die in Deutschland getätigten Entwicklungsarbeiten und Investitionen wurden bis heute 100 neue Arbeitsplätze geschaffen. Treffen die Prognosen zum Branchenwachstum ein, wird sich die Zahl der Arbeitsplätze in Deutschland mehr als verzehnfachen.

Die keramischen Separatormaterialien gehen zurück auf eine Grundlagenentwicklung im Bereich Nanomaterialien, die in einer Kooperation zwischen Evonik, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und sieben Hochschulen abgeschlossen werden konnte. Mit einer Stiftungsprofessur in Münster und Kooperationen mit weiteren Universitäten (DFG-Forschungsinitiative zu Lithium-Hochleistungsbatterien) ist nun ein weiterer Schritt getan, um den Forschungsstandort und damit auch den Wirtschaftsstandort Deutschland auch in diesem sehr zukunftsträchtigen Gebiet zu stärken.


Bildmaterial: Evonik Industries AG


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Kommentare 

 
0 #6 Christian Müller 2008-09-24 20:47
Es gibt verschiedene Überlegungen zum Thema Netzstabilisier ung durch E-Fahrzeuge die sich alle mehr oder weniger in der Ideen-Phase befinden.

Ein Ansatz dabei ist auch die Rückspeisung ins Netz - das wäre z.B. denkbar wenn der Besitzer des Fahrzeuges den Akku von einem Energieversorge r im Leasingmodell benutzt. Der Energieversorge r könnte so wenn das Fahrzeug nicht benutzt wird extrem kurfristig hohe Leistungen abrufen.
Der Sinn dieses Vorgehens sei dahingestellt...

Interessanter scheint mir der Ansatz, den Ladeprozess von E-Fahrzeugen vorübergehend zu unterbrechen, um so das Netz zu stabilisieren. Denkbar wäre so etwas z.B. durch zeitlich variierende Strompreise. Der Besitzer des Fahrzeugs kann dann z.B. auf "Eco-load" drücken und das Fahrzeug wird immer nur dann geladen wenn der Strom gerade günstig ist. Dafür müßte das Ladegerät aber zumindest im 15-Minutentakt mit aktuellen Preisinformatio n versorgt werden.
Momentan noch Utopie - aber es könnte irgendwann helfen, das Netz zu stabilisieren.
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0 #5 Christian Müller 2008-09-24 20:36
Zum Thema "Energie auf Abruf" siehe Zeitschrift Energy2.0, Juli 2008, Seite 52.
Dort ist auch ein Bild der Bleibatteriespe icher der Stadtwerke Herne.

Wörtlich:

"...Eine sehr große Energiemenge lässt sich über einen längeren Zeitraum verlustarm speichern. Speicherverlust e treten nur jeweils bei der Umwandlung auf, nicht jedoch beim gespeicherten Medium"

1h - 4h ist auch nicht kurzfristig - eher einige Sekunden bis wenige Minuten - ein Zeitraum in dem man das Netz stützen kann bis größere Kraftwerke auf die Schwankung reagieren können.

Wenn da noch was unklar ist - mal zum Thema Smart Grid schlaumachen.

Jetzt schon die Dissertation abgegeben, Dr.No? Sie handelte aber vermutlich nicht vom Thema Energie, oder?

Mit Linguistik hab ich nichts am Hut, ich bin Dipl.-Ing. (Uni). Bei anderen bin ich mir da zum Teil nicht so sicher.
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0 #4 Mayer 2008-09-23 14:23
Oh yeah, this crazy man is -indeed - very crazy! Er schreibt einen Blödsinn sondergleichen. Er: Es gehe nicht um grosse Energiemengen, sondern Bedarfsschankun gen(?). Please don`t be write about engineers things! Er mag keine Angabe von Quantitäten; Es wurden von mir 2 Beispiel von 1h und 4 h Ausfall vorgerechnet! Und dann solch ein Dummgeschwätz! Ich habe eine lediglich kleine "Bedarfsschwanku ng" oder elektr. Ausfallsmenge vorgerechnet u. dass bereits diese nicht mit Akkus zu speichern ist! Aufforderung: Nennung der Akkus, capacity und Lokalität, von wem und wo betrieben? Und dann wird aus den Pb-Akkus 3 phasiger AC erzeugt und ins Netz zurück geschickt? AHA! Abgebrochene Linguistik-Studies mögen hier fern bleiben, und bleiben, wo sie waren, im Descriptiven- ohne Zahlen. Es wird langsam peinlich mit dem Typ!Dr.No
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0 #3 2008-09-22 21:17
Das Netz wird bereits heute durch Akkus stabilisiert. Da das Gewicht keine Rolle spielt, die Kosten aber wichtig sind finden dabei Bleiakkus Anwendung.
Es geht nicht darum, größere Energiemenge zu speichern - wer das glaubt hat den Gedanken nicht verstanden - es geht darum, sofort auf Bedarfsschwanku ngen reagieren zu können.
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0 #2 Mayer 2008-09-22 00:54
Windstrom in Li-Akkus speichern? Das hat gewiss kein Prof. der E-Technik vorgeschlagen, sondern ein Technik-Journalist, der keinen Begriff von einer kWh hat. Beispiel: Eine WKA mit Nennleistung 4,5 MW; diese hohe Momentanleistun g ist nur erreichbar ab Rotordurchmesse r 112m und ab 44 km/h Windgeschw.; Fällt der Wind 1h lang aus, müsste ein Li-Akku 4500 kWh bereithalten; diese 4500 kWh müssten dann innerhalb 1 h abrufbar sein aus dem Li-AKku ins Netz; d.h. mehr Energie als ein 4-Pers.Hs.halt im Jahr verbraucht (3500 kWh/a), müsste in 1 h entladen werden! Die Li-Akkus, die demnächst im Mercedes Smart sein sollen, enthalten gerade mal 12kWh el, quasi entspr.echend Liter Öl, statt 4500 kWh! Die 12 kWh reichen gerade mal 80-100 km; Die WKA aber erzeugt in der Stunde aber 4500 kWh; somit wären 75 Akkus nötig des Smart. Aber was, wenn 4 h der Wind ausfällt? (18000 kWh aus einem Akku holen, der vorher gefüllt werden müsste?). Ein unbezahlbarer Witz, der nur von absoluten Dilettanten stammen kann, die keinerlei Vorstellung von Energiebeträgen haben, von Euphoristen und Phantasten! Lösung nach Prioritäten: I. So gut, wie möglich, Strom aus Wind gar nicht speiche-rn! Sondern grossen Netzpool, europaweit (Wie Prof.Dr.Czisch, UNI Kassel fordert!) zulassen und die Privilegierung der Windkraft weiterhin hochhalten, die nämlich mit 20,4 kV einspeisen darf vor allen anderen (20- 20,1 kV)! Strenge Überwachung der E-Werke, ob dies-e sich daran halten; denn die wollen lieber ihren eigenen Strom als erstes ins Netz drücken (Also mit heimlich höherer Spannung! Also- strenge, automatische Überwachung der Einspeisespannu ng mit unabhängigen Staatsvertreter n oder dem (TÜV) und horrende Strafen bei Nichteinhalten einführen! II. Pressluftspeich er, Schwungrad, per Elektrolyse H2-erzeugen (nicht Hochdru-ck gespeichert = effizienter) mittels dem Hochleistungs-DC-Kreis, den Synchrongenerat oren haben; dies nur bei Wind- oder Stromüberschuss ; evtl. auch mittels Wasser-stoff-Verbrenungsturb inen; besser: Von den stetigen Energien die Flauten füllen lassen. Das BMU sieht für 2020 vor: [in % des Dt.Ges.strombedarfes] Aus Wind 35%, GuD (Gas u.Dampf) 25 (bei ca. 60 Jahre Gasvorräte Bio-gas 8, Biomasse 12, Geothermie 7, Wasser 8, Photovolt-aik 5 = 100%. Davon stetige: GuD 25,Biogas aus 10 Mio Grossvieeinheit en 8, Biom.12, Geoth.7,Wasser 8 = 60%
Dr.No
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0 #1 2008-09-13 02:02
Deshalb sollte die euphorische E-Fraktion den H2 nicht vergessen; neue Verbundtanks sind 2/3 leichter, als Stahlflaschen; 10 kg H2 reichen für 500km; Aufwand, um H2 in 40 Liter zu 200 bar zu komprimieren: lt. meiner Rechnung (Integral) ca. 7% der Energiemenge, die dann drin ist; aber es sind ca. 4 fach soviel (28-30%) die z.B. im AKW therm. aufgewendet werden muss. (70% Sekundärwärme +5% Leitungsverlust e), also 30% Aufwand, bezügl. dessen, was im Tank ist.
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