Alternative Keramikbatterie
Entwicklung vom Fraunhofer IKTS zum Stromspeichern
Früher oder später müssen für die herkömmlichen Lithiumbatterien Alternativen gefunden werden. Denn deren Grundrohstoffe Lithium und Cobalt sind rar und werden oft unter umweltschädigenden oder sogar menschenunwürdigen Bedingungen gewonnen. An vielen Fronten wird deshalb nach neuen Speichermöglichkeiten für Strom gesucht. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS hat nun eine preiswerte und umweltfreundliche Keramikbatterie entwickelt. Ihr Vorteil: Die für die Herstellung benötigten Rohstoffe Natrium, Nickel und Chlor sind günstig, unkritisch und kommen heimisch vor. Für die Entwicklung dieser Batterien erhielten die Wissenschaftler bereits den Thüringer Forschungspreis.
Gallerie
Herzstück der keramischen Batterie ist ein einseitig verschlossenes Rohr aus natriumionenleitfähiger Keramik.
Bild: Fraunhofer IKTS, Dresden u.a.
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Dem Forscherteam ist es gelungen, die Speicherkapazität der auf Keramikelektrolyte basierenden Batterie auf das fast Dreifache gegenüber bisher marktüblichen Stromspeichern zu steigern. Gleichzeitig sollen die Kosten bei nur noch hundert Euro pro kWh liegen. Zum Vergleich: Ein ähnlich leistungsstarker Haushaltsspeicher auf Lithium-Ionen-Basis kann das Zehnfache davon kosten. Auch in Hinblick auf die Lebensdauer ist die Keramikbatterie interessant: Bei bisherigen Tests erreichte sie eine Lebensdauer von zehn Jahren und 4.500 Ladezyklen. Ihr Wirkungsgrad liegt bei neunzig Prozent. Sie ist außerdem nicht brennbar und kann nach der Nutzung schließlich komplett rezykliert werden.
Funktionsweise
Im Gegensatz zur Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigem Kern ist das
Herzstück der keramischen Batterie ein einseitig verschlossenes
Rohr aus natriumionenleitfähiger Keramik – ein
Festkörperelektrolyt, für deren Herstellung die Forscher am
Fraunhofer IKTS geeignete Pulver und eine Formgebungstechnologie
entwickelt sowie den Brennprozess angepasst haben. Um den
Elektrolyt in eine Zelle zu integrieren, realisierten die Forscher
außerdem eine komplexe, keramische Dichtung, die korrosionsstabil
bei bis zu 350 °C ist und eine dauerhafte Verbindung zwischen
metallischer Zellwand und dem Keramikkern ermöglicht. Beim letzten
Entwicklungsschritt zur Batterie, dem Modulaufbau, gelang es
schließlich, mehrere Zellen verlustarm untereinander zu
kontaktieren und in ein isolierendes Gehäuse mit thermischer und
elektrischer Steuerung zu integrieren.
Etablierte Technologie neu aufgelegt
Schon in den 1980er-Jahren hatte sich die damals „ZEBRA – Zero
Emission Battery Research Activities“ genannten Batterie, die bei
ca. 300 °C betrieben wird und im Wesentlichen auf den Materialien
Kochsalz (NaCl2) und Nickel (Ni) basiert, auf dem Vormarsch
befunden. Als sich die Forschungsarbeiten in den 1990er-Jahren
jedoch der aufkommenden Lithium-Ionen-Batterien zuwandten, erfuhr
dieser einen jähen Abbruch. Dennoch verschwand die Keramikbatterie
nie ganz aus der Produktion und ist heute dank der aktuellen
Forschung des Fraunhofer IKTS wieder zu einer vielversprechenden,
preiswerten und umweltfreundlichen Option geworden. Der
oberfränkische Hightech-Konzern Alumina Systems hat die Technologie
bereits gekauft und wird eine keramische Batterie unter dem Namen
Cerenergy anbieten.
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