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Hochtemperaturbatterien

Hochtemperaturbatterien als mobile Energiespeicher

Hochtemperaturbatterien sind den chemischen Energiespeichern zuzuordnen. Sie bestehen somit aus den beiden wichtigen Komponenten

  • Elektroden und
  • Elektrolyten.

Die Elektroden sind bei Hochtemperaturbatterien in flüssiger Form vorhanden, was auf die hohen Temperaturen zurückzuführen ist. Diese liegen bei mehr als 300° C. Der Elektrolyt dagegen ist in fester Form zu finden. Nebenreaktionen sind bei Hochtemperaturbatterien so gut wie ausgeschlossen, so dass bei ihnen von einem sehr hohen Wirkungsgrad auszugehen ist. Die elektrochemische Alterung kann bei Hochtemperaturbatterien weitestgehend vernachlässigt werden.

Ein Nachteil dieser Energiespeicher besteht darin, dass eine zusätzliche Beheizung bei ruhendem Betrieb notwendig wird. Dadurch steigen die Anforderungen an die Temperaturregelung sehr stark.

Arten der Hochtemperaturbatterien

Die Hochtemperaturbatterien gibt es in verschiedenen Ausführungen, die im Folgenden näher beschrieben werden sollen:

  1. Natrium-Nickelchlorid-Batterien
  2. Natrium-Schwefel-Batterien
  3. Redox-Flow-Batterien
  4. Vanadium-Redox-Batterien
  5. Metall-Luft-Batterien
  6. Zink-Luft-Batterien

Die Batterien im Überblick

Die Natrium-Nickelchlorid-Batterien sind die bekanntesten Hochtemperaturbatterien. Sie werden auch als ZEBRA-Batterien bezeichnet. Ursprünglich für Traktionsanwendungen entwickelt, werden sie zunehmend für stationäre Anwendungen genutzt.

Die Natrium-Schwefel-Batterien, besser als NaS-Batterien bekannt, sind derzeit nur als Prototypen bekannt. Sie werden zurzeit auch nur im stationären Bereich eingesetzt, wenngleich sie grundsätzlich genauso für den mobilen Einsatz geeignet sind. Die Energiedichte ist bei ihnen vergleichsweise hoch, dafür bedürfen sie aber auch einer sehr hohen Arbeitstemperatur von ca. 350° C. Gut geeignet sind die NaS-Batterien unter anderem für folgende Einsatzgebiete:

Fluktuationsausgleich für Stromerzeugungsanlagen für erneuerbare Energien
Reduzierung elektrischer Spitzenleistung
Stromversorgung ohne Unterbrechungen
Notstromversorgung

Für die Zukunft erhoffen sich die Forscher, dass die NaS-Batterien mit geringen Kosten und langen Lebensdauern überzeugen können. Gerade der Kostenaspekt ist derzeit aber noch nicht erreicht.

Bezüglich der übrigen Hochtemperaturbatterien gibt folgende Aufstellung einen Überblick über deren Vor- und Nachteile, sowie Besonderheiten:

Redox-Flow-Batterien Vanadium-Redox-Batterien Metall-Luft-Batterien Zink-Luft-Batterien
Energiespeicherndes Material wird außerhalb der Zelle gelagert Sonderform der Redox-Flow-Batterien Metalle, die in Frage kommen, müssen hohe Energiedichte haben (Zink, Aluminium, Magnesium) Bekannter als ihre Vorgänger (Metall-Luft-Batterien)
Dadurch Energiespeichermenge unabhängig von der Batteriegröße Weiter verbreitet als ihre Vorgänger Konkurrenz gegenüber Li-Ionen-Akkus Vorerst als mechanisch aufladbare Variante am Markt
Manuelle Betankung mittels Tanklaster möglich Vorwiegend im stationären Bereich eingesetzt Kompakte Abmessungen Planung von wieder aufladbaren „High Power Batteries“
Kapazitäten lassen sich jederzeit ausbauen Vorwiegend Einsatz zur Lastnivellierung Kostengünstig herzustellen Vorwiegend für Traktionsanwendungen und Notstromaggregate
Memoryeffekt fehlt Technologie gilt bisher noch nicht als ausgereift Leistung nur moderat  
Selbstentladung kaum vorhanden   Empfindlich gegenüber hohen Temperaturen und Luftfeuchtigkeit  
Unempfindlich gegenüber Tiefentladung