Foto: Fraunhofer IKTZ

Batterietechnologie

Dresdner Forscher entwickeln neuen Keramikakku

Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS haben eine neue Hochtemperaturbatterie mit einem keramischen Elektrolyt entwickelt. Damit drücken sie die Kosten.

Forscher des Fraunhofer Instituts für Keramische Technologie und Systeme (IKTS) haben eine neue Speichertechnologie entwickelt – eine keramische Hochtemperaturbatterie. Die Grundlage für die Entwicklung ist die Natrium/Natriumchlorid- und die Natrium/Schwefel-Batterie. Dabei handelt es sich um Batterien, die mit einem Salz als Elektrolyt auskommen, wie Natriumchlorid, das erst bei 800 Grad Celsius schmilzt. Erst dann wir die Batterie aktiviert. Die Natrium/Schwefel-Batterie braucht nur 300 bis 350 Grad Celsius, um aktiv zu werden.

Das liegt daran, dass die Elektroden zunächst in fester Form vorliegen. Sie müssen aber flüssig werden, um einen Elektronenfluss zu ermöglichen. Das Elektrolyt liegt hingegen in fester Form vor. In der Regel besteht es aus einer Ionen leitenden Keramik, die gleichzeitig für Elektronen als Sperre fungiert. Die Speicerkapazität wird durch die Größe der Elektroden bestimmt, also in der Natrium/Natriumchlorid-Batterie beispielsweise durch den Gehalt an Kochsalz.

Weniger als 100 Euro pro Kilowattstunde

Die Vorteile dieser Technologie sind neben der geringen chemischen Selbstentladung, die bei Lithium-Ionen-Batterie immer ein Problem sind, vor allem die Verwendung von verfügbaren und kostengünstigen Rohstoffen. So sind die Batterien komplett frei von teuren seltenen Erden. Damit schaffen es die Dresdner Forscher, die Zellen für wenige als 100 Euro pro Kilowattstunde Speicherkapazität herzustellen. Zum Vergleich: Das Statistikportal Statista gibt im Jahr 2017 einen Preis für Lithium-Ionen-Akkus von 189 Euro pro Kilowattstunde an. Die Dresdner Forscher erreichen ihren niedrigen Preis zusätzlich durch eine hoch automatisierte Fertigungstechnologie bei der Herstellung des keramischen Elektrolyten und ein schlankes Zell- und Systemdesign.

Gut isoliert

Ein weiterer Vorteil ist die Sicherheit dieser Akkus. Problematisch ist allerdings, dass die Batterien zunächst aufgeheizt werden müssen, um die Elektroden zum Schmelzen zu bringen, was wiederum Energieaufwand bedeutet. Zudem muss die hohe Temperatur während des Betriebs aufrecht erhalten werden. Das wird in der Regel durch eine Wärmedämmung abgesichert. Die Dresdner erreichen das durch eine gestützte Vakuumisolation, wodurch sich auch die Speicherverluste durch das Aufrechterhalten der hohen Temperatur minimieren. Diese würden im Betrieb vom Endverbraucher kaum wahrgenommen, versprechen die Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS.

Mit Blick auf die Anwendung ist unter anderem die Speicherdichte relevant. Diese liegt bei der Batterie der Dresdner Forscher bei 130 Wattstunden pro Kilogramm und ist damit durchaus konkurrenzfähig zur Lithium-Ionen-Technologie. Allerdings ist die Leistungsdichte durch die relativ niedrige Lade- und Entladeraten beschränkt. Das spiele aber im stationären Betrieb eine untergeordnete Rolle, betonen die Wissenschaftler. Sie präsentieren ire Entwicklung erstmals auf der diesjärigen Energy Storage Europe. Diese findet vom 12. bis 14. März 2019 in Düsseldorf statt.

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