Lithium-Ionen Batterie

Tech­nische Daten

  • Her­steller : Tesvolt GmbH
  • Leistung : 9,9 kW
  • Spei­cher­ka­pa­zität : 24 kWh
  • Spei­cherung : Strom <-> Strom

Diese elektro-che­mische Spei­cher­tech­no­logie ist eine der bekann­testen Tech­no­logien und bietet einige Vor­teile. Bat­terien sind im All­ge­meinen relativ fle­xibel ein­setzbar und haben einen hohen Zyklus­wir­kungsgrad (90–97 %). Dazu erreichen sie eine immer höhere Lebens­dauer. Außerdem können Bat­terien sozu­sagen aus dem Stand ihre volle Leistung bringen (Reak­ti­onszeit von ca. 3 — 5 ms) und eigenen sich somit sogar zur Bereit­stellung von Pri­mär­re­gel­leistung. Pro­bleme gibt es bei der Lithium-Ionen-Tech­no­logie bisher noch bei der Ener­gie­dichte (Ver­hältnis von Leistung zum Gewicht der Bat­terie), den Pro­duk­ti­ons­kosten und der Lade­dauer. Aller­dings wird in diesen Bereichen viel For­schung betrieben und sowohl die Pro­duk­ti­ons­kosten, als auch Ener­gie­dichte und Lade­ge­schwin­digkeit werden sich in den nächsten Jahren wahr­scheinlich deutlich ver­bessern.

Die Li-Ionen-Technik ist bisher der Standard für Smart­phone-Akku­mu­la­toren und Power-Banks, die meisten trag­baren Elek­tro­geräte und auch in der Elek­tro­mo­bi­lität werden fast aus­schließlich Li-Ionen-Speicher ver­wendet. Seit wenigen Jahren werden sie auch für den indus­tri­ellen und pri­vaten Betrieb als „Groß­speicher“ ange­boten. Diese Anwendung befindet sich aller­dings noch im Anfangs­stadium. Darüber hinaus ist die Bezeichnung „Groß­speicher“ nicht unein­ge­schränkt zutreffend, da für die Ener­gie­ver­sorgung rele­vante Grö­ßen­ord­nungen wie bei­spiels­weise die eines Pump­speicher-Kraft­werks noch in weiter Ferne liegen. Zum Ver­gleich: Die Spei­cher­ka­pa­zität von Pump­spei­chern liegt bei ca. 120 bis 90.000 Mega­watt­stunden. Die von „großen“ Lithium-Ionen-Bat­terien hin­gegen liegt bei nur wenigen Kilo­watt­stunden bis maximal in den Bereich ein­stel­liger Mega­watt­stunden – also tau­sendfach kleiner.

Eine inter­es­sante Anwendung ist der Einsatz von grö­ßeren Li-Ionen-Akkus als Speicher in Ver­bindung mit einer Pho­to­voltaik-Anlage in Wohn­ge­bäuden. Ein Speicher erhöht die Selbst­ver­sor­gungs­quote (auch Aut­ar­kiegrad genannt) und kann den Betrieb, je nach Standort und Dimension der Anlage, deutlich ren­tabler und effi­zi­enter machen.
Obwohl die For­schung an der Lithium-Technik, vor allem durch den Einsatz für den Elek­tro­mo­bi­li­täts­sektor, über Jahre intensiv betrieben wurde, ist diese Tech­no­logie noch nicht am Ende ihrer Leis­tungs­fä­higkeit ange­kommen. In der Zukunft könnten sich sowohl diese, als auch poly­mer­ba­sierte Fest­kör­per­ak­ku­mu­la­toren durch­setzen. Letztere ver­wenden im Gegensatz zur bisher üblichen Form der Li-Ionen-Bat­terie keinen flüs­sigen Elek­trolyt als Ionen­leiter, sondern meist einen Koh­len­stoff­ba­sierten Fest­stoff.

Aktuell befindet sich die Leis­tungs­dichte von Lithium-Bat­terien im Bereich von ca. 100 bis 350 Wh/kg. Mit Graphit als Aktiv­ma­terial (Material, in welches die Li-Ionen ein­ge­lagert werden) ist eine deutlich höhere Leis­tungs­dichte möglich. Ver­wendet man eine Wei­ter­ent­wicklung der Tech­no­logie (etwa Magnesium-Ionen- oder Lithium-Sauer­stoff-Tech­no­logie), sind Leis­tungs­dichten von über 1.000 Wh/kg denkbar.

Die Eigen­schaften von Li-Ionen-Bat­te­rie­zellen hängen von meh­reren Ein­fluss­fak­toren ab. Dabei können sie in Hoch­leis­tungs- und Hoch­en­er­gie­zellen unter­teilt werden. Für einen sicheren Betrieb müssen einige Para­meter über­wacht werden: Zell­tem­pe­ratur, Maximale Lade- und Ent­la­de­ströme und Ein­zel­zell­spannung. Wird eine Li-Ionen-Zelle außerhalb des zuläs­sigen Bereiches betrieben, herrscht ein hohes Gefah­ren­po­tential. Die Zelle könnte geöffnet oder zer­stört werden und die Elek­tro­lyt­flüs­sigkeit kann aus­laufen. Im Inneren befinden sich leicht ent­flammbare Mate­rialien, die in Ver­bindung mit dem Luft­sauer­stoff exo­therme Reak­tionen statt­finden lassen können und das Zell­vo­lumen ansteigen lassen können. Die längste Lebens­dauer hat eine Li-Ionen-Zelle bei einem Lade­zu­stand zwi­schen ca. 30–70%, wobei hohe Lade­stände grade bei höheren Tem­pe­ra­turen zu Schä­di­gungen führen können, die sich negativ auf die Lebens­dauer der Zelle aus­wirken.