Chemie entwickelt und investiert in Batterietechnik

  • Chemie entwickelt und investiert in Batterietechnik. Im Rahmen des Zukunftsprojekts „Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien“ (HE-Lion) forscht BASF an einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Batterien: Ziel ist es die Energiedichte der Batterie deutlich zu erhöhen – und so den Einsatz speziell in Elektrofahrzeugen, aber auch in Computern oder Handys, weiter auszubauen. Im Bild: Christian Saffert, Chemielaborant, baut unter Schutzgasatmosphäre eine Lithium-Ionen-Testbatterie zum Untersuchen von neuartigen Kathodenmaterialien zusammen. (BASF)Chemie entwickelt und investiert in Batterietechnik. Im Rahmen des Zukunftsprojekts „Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien“ (HE-Lion) forscht BASF an einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Batterien: Ziel ist es die Energiedichte der Batterie deutlich zu erhöhen – und so den Einsatz speziell in Elektrofahrzeugen, aber auch in Computern oder Handys, weiter auszubauen. Im Bild: Christian Saffert, Chemielaborant, baut unter Schutzgasatmosphäre eine Lithium-Ionen-Testbatterie zum Untersuchen von neuartigen Kathodenmaterialien zusammen. (BASF)
  • Chemie entwickelt und investiert in Batterietechnik. Im Rahmen des Zukunftsprojekts „Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien“ (HE-Lion) forscht BASF an einer neuen Generation von Lithium-Ionen-Batterien: Ziel ist es die Energiedichte der Batterie deutlich zu erhöhen – und so den Einsatz speziell in Elektrofahrzeugen, aber auch in Computern oder Handys, weiter auszubauen. Im Bild: Christian Saffert, Chemielaborant, baut unter Schutzgasatmosphäre eine Lithium-Ionen-Testbatterie zum Untersuchen von neuartigen Kathodenmaterialien zusammen. (BASF)
  • Lithium-Ionen-Batterie in XXL: Technische Zeichnung des Lithium-Ionen-Speicher Systems, mit dem Evonik die Zukunft testet. Das ehrgeizige Großspeicher-Projekt firmiert unter dem Namen LESSY (Lithiumionen-Elektrizitäts-Speicher-System). Möglich wird es dank der CERIO® Technologie, einer speziellen Kombination von Keramik- Materialien und hochmolekularen Ionenleitern, die stark erhöhte Sicherheit bei gleichzeitig geringem Platzbedarf und hoher Zykluslebensdauer garantieren. Bild: Evonik

Die Nutzung neuer Energiequellen stellt eine große Herausforderung für die Stromwirtschaft dar. Speichertechniken und ihre Effizienzsteigerungen im Energieeinsatz stellen dabei eine große Heruaforderung dar. Der Chemie kommt mit ihren Forschungsvorhaben und Werkstoffentwicklungen für Energiespeichertechnologien die entscheidende Rolle zu. Auf der ACHEMA 2012 wird das Thema „Innovative Energieträger und -speicher" deshalb einen breiten Raum einnehmen.

Chemie entwickelt und investiert in Batterietechnik
Elektrofahrzeuge - so die Erwartung von Politikern und Energieexperten - werden in Zukunft eine wichtige Rolle in der Energieversorgung spielen. Auf der einen Seite erhoffen sich die Länder mit ihnen die Abhängigkeit von Ölimporten zu verringern, andererseits könnten an Ladestationen geparkte Elektroautos dazu genutzt werden, Strom aus erneuerbaren Energien zu speichern und in Spitzenzeiten ins Netz abzugeben (Vehicle to Grid, V2G). Gleichzeitig ließe sich durch diesen „Schwarmstrom" genannten Ansatz das Problem instabiler Netze lösen. Die Chemie hält dabei einen Schlüssel in der Hand.

Bayer: Kathodenmaterialien für leistungsstarke Lithium-Ionen-Batterien
Erst kürzlich gab der Chemiekonzern BASF bekannt, in den kommenden fünf Jahren einen dreistelligen Millionen-Euro-Betrag in Forschung, Entwicklung und Produktionsaufbau von Batteriematerialien investieren zu wollen. Teil dieser Aufwendungen ist auch der Bau einer Produktionsanlage für fortschrittliche Kathodenmaterialien in Elyria im US-Bundesstaat Ohio. Die neue Anlage mit einem Investitionsvolumen von mehr als 50 Millionen US-Dollar soll ab Mitte 2012 den Markt mit Kathodenmaterialien zur Herstellung leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien versorgen. „Wir entwickeln innovative Speichertechnologien, da Energie aus erneuerbaren Quellen insbesondere in unseren Breitengraden nicht rund um die Uhr und 365 Tage im Jahr zur Verfügung stehen", erklärt Dr. Andreas Kreimeyer, im BASF-Vorstand zuständig für Forschung.

Evonik: weltgrößte Lithium-Keramik-Batterie
Auch beim Wettbewerber Evonik wird an Batterietechniken geforscht.

Gemeinsam mit Partnern baut das Unternehmen derzeit die größte Lithium-Keramik-Batterie der Welt. Mit einer speziellen Kombination von Keramik-Materialien und hochmolekularen Ionenleitern wird versucht, die Leistungsdichte zu steigern und eine hohe Zykluslebensdauer zu erreichen. Der Stromspeicher entsteht am saarländischen Kraftwerksstandort Völklingen und soll eine Speicherkapazität von etwa 700 kWh haben. Würde dieser Speicher viertelstündlich be- und entladen, könnten hiermit theoretisch 4000 Haushalte pro Jahr versorgt werden. Derzeit ist bereits die Erweiterung auf 10 MW geplant. „Wir nutzen unsere Lithiumionen-Kompetenz, um in einen ganz neuen Markt einzutreten", sagt Dr. Klaus Engel, Vorstandsvorsitzender der Evonik Industries AG. „Damit ließen sich erstmalig Erzeugung und Verbrauch von Strom mit Hilfe der Lithium-Keramik-Technologie kostengünstig entkoppeln. Wir können die durch die Energiegewinnung aus Sonne und Wind verursachten Netzschwankungen stabilisieren und so die Energieerzeugung insgesamt erheblich effizienter gestalten. Hier entsteht ebenso wie im Automobilbereich ein Milliardenmarkt", so Engel. Experten schätzen das Marktvolumen für moderne Energiespeicher langfristig auf über 10 Milliarden Euro.

Batterieforschung
Allein für Deutschland liegt der künftige Leistungsbedarf an modernen Speichersystemen im hohen dreistelligen Megawattbereich. Das im Rahmen der Forschungsinitiative LIB 2015 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte und auf drei Jahre angelegte Projekt zielt auf die wirtschaftlich-technische Realisierbarkeit solcher Mega-Batterien für stationäre Anwendungen. Im Rahmen der Innovationsallianz „Lithium Ionen Batterie LIB 2015" hat sich ein Industriekonsortium von BASF, Bosch, Evonik, LiTec, und VW verpflichtet, in den nächsten Jahren 360 Millionen Euro für Forschung und Entwicklung an der Lithium-Ionen-Batterie zu investieren. Gleichzeitig wird das BMBF 60 Millionen Euro für diesen Bereich zur Verfügung stellen.

Potential Elektrochemie: Redoxflow-Batterien
Um große Energiemengen im Bereich von 100 kW bis 5 MW mit elektrochemischen Systemen zu speichern, werden skalierbare Stromspeicher benötigt. Hier haben insbesondere Redoxflow-Batterien vielversprechendes Entwicklungspotenzial. Bei Redoxflow-Batterien wird Strom in Form von chemischer Energie in Redox-Paaren in externen Tanks gespeichert. Der Strom wird in einem getrennten Leistungsmodul erzeugt, wobei den Elektroden kontinuierlich Elektrolyt aus den Vorratstanks zugeführt wird. Zum Laden wird die Pumprichtung des Elektrolyten umgedreht. Über die Tankgröße kann die Speicherkapazität skaliert werden, der Wirkungsgrad liegt bei bis zu 80 %. Am Fraunhofer ICT in Pfinztal wurde der Prototyp einer Redox-Flow-Batterie entwickelt, mit dem verschiedene Elektrodenmaterialien, Membranen und Elektrolyte flexibel getestet werden können. Das Fernziel der Experten ist der Bau einer Batterieanlage mit 20 MWh Kapazität, die etwa 2000 Haushalte mit Strom versorgt, wenn erneuerbare Energien nicht zur Verfügung stehen.

Forschungsziel: höhere Energiedichte
Neben den beschriebenen Batteriesystemen gibt es noch zahlreiche weitere Batterietechniken die zum Teil bereits realisiert sind (z. B. Natriumsulfid-Batterien), größtenteils aber noch erforscht werden. Ein wichtiges Kriterium bei der Einschätzung des Zukunftspotenzials ist die Energiedichte. Während Bleibatterien eine Energiedichte von 70 kWh/m3 besitzen, liegen NaS-Batterien bei 150 kWh/m3. Noch höher ist die Energiedichte von Li-Ionen-Batterien (350 kWh/m3).

http://www.achema.de

 

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