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Smart Grid: Neue Akkumulatoren für die Stromnetze

Am 5. April 2010 verkündete Hitachi, daß man Materialien entwickelt habe, mit denen die Lebenserwartung von Lithium-Ionen-Akkus verdoppelt werden könne.

Hitachi kündigt Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit doppelter Lebensdauer an

Mit dem Ziel, die Technologie für Stromspeicher bei industriellen Anwendungen wie etwa in den Stromnetzen der nächsten Generation (Smart Grid) nutzbar zu machen wird nun die Produktentwicklung vorangetrieben. Akkumulatoren als Schlüsselelement der mit Smart Grid bezeichneten intelligenten Stromnetze sind längst bei allem Elektrokonzernen zu einem Forschungsobjekt avanciert, vor allem die Ausweitung der Speicherkapazitäten und Verbesserung der Nutzbarkeit stellen Schwerpunkte der Entwicklungsarbeit dar. Bei Hitachi geht man davon aus, daß bis zum Jahr 2020 der Weltmarkt von Lithium-Ionen-Akkus für industrielle Anwendungen auf bis zu 3 Bio. Yen (24 Mrd. Euro) anwachsen und die Anforderungen an immer höhere Kapazitäten bei niedrigeren Kosten steigen lassen wird. Bei der am gleichen Tag abgehaltenen Pressekonferenz verkündete Leiter der Forschungsstelle für Materialforschung bei Hitachi stolz, daß man die Lebensdauer, bis sich die Kapazität des Akkumulators um die Hälfte reduziert, deutlich verlängern konnte. Es stehe zwar noch kein Zeitpunkt für ein fertiges Produkt fest, doch plane man bei verschiedenen Unternehmen der Gruppe, noch 2010 den Bau erster Prototypen von Akkumulatoren und Peripheriegeräten mit der neuen Technologie abzuschließen und bis 2015 vollständige Marktreife erreicht zu haben.

Höhere Lebenserwartung bei niedrigen Materialkosten: Mangan als Kathode

Die neuen Lithium-Ionen-Akkus verwenden als Kathodenmaterial hauptsächlich das preiswerte und sich durch eine stabile Versorgungslage auszeichnende Mangan. Dadurch, daß die Verwendung des relativ knappen Metalls Kobalt deutlich gesenkt werden konnten, seien die Herstellungskosten merklich gefallen. Auch konnte durch Kombination des Mangans mit weiteren Elementen stabilisierende kristalline Strukturen erzeugt werden, ein Beifügen von speziellen Mischoxiden senkt die Elution von Mangan aus der Kathode und verringert somit den Kapazitätsverlust. Damit will man die Lebensdauer der herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus, die ebenfalls Mangan als Material verwenden, auf nun mehr als 10 Jahre verdoppeln. Akkumulatorenanlagen für den Einsatz in Smart Grid, welche fähig sind, aus Photovoltaik und Windkraft gewonnenen Strom zu speichern und ihn bei Bedarf wieder freizugeben sowie Back-up-Systeme für unterbrechungsfreie Stromversorgung (uninterruptible power supply, UPS) und Notstromaggregate sind weitere geplante Anwendungsfelder, eine Technologie mit verdoppelter Lebensdauer würde Auswechselzyklen reduzieren und langfristig Instandhaltungskosten deutlich senken. Auch geht man bei Hitachi davon aus, daß sich die Energiedichte der Akkumulatoren noch erhöhen läßt. Auch wird geprüft, wie der Einsatz der Technologie in umweltfreundlichen Baumaschinen oder in im Haushalt aufladbaren Plug-In-Hybridfahrzeugen realisiert werden kann.

Weltweit Investitionen in Milliardenhöhe erwartet

Akkumulatoren erhalten als Mittel, die natürliche Schwankung der Abgabeleistung regenerativer Energien im Rahmen intelligenter Stromnetze zu kompensieren, immer mehr Aufmerksamkeit und stellen sich als unverzichtbares Stromspeichermedium dar. Ihnen wird daher als Schlüsselelement der Smart Grid ein weltweiter Nachfrageanstieg für die nahe Zukunft vorausgesagt. Nach Schätzungen des Nomura-Instituts für Finanz und Wirtschaftsforschung werden die Investitionen in Smart Grids in Japan, Europa und den USA von 2010 bis 2030 1,25 Billionen Dollar betragen, darunter Investitionen in Akkumulatorenanlagen mehr als 60 % ausmachen. In Japan allein sollen die Investitionen in Akkumulatortechnologie in den kommenden 20 Jahren 5 Billionen Yen (40 Mrd. Euro) übersteigen.

Dabei kommen als Investitionsziele verschiedene Akkumulatorentechnologien in Frage: Weil sich auch herkömmliche Lithium-Ionen-Akkumulatoren durch hohe Kapazität und Energiedichte auszeichnen, finden sie bereits in Anwendungselektronik wie etwa Mobiltelefonen oder tragbaren Computern Verwendung und werden auch für den Einsatz in Elektrofahrzeugen in Betracht gezogen. So sind auch japanische Unternehmen wie die GS Yuasa Corporation, NEC und andere mit der Ausweitung der Anwendungsgebiete für Lithium-Ionen-Akkus beschäftigt, aber beim Einsatz in den Stromübertragungsnetzen ist bei Kostensenkung und Realisierung von Großanlagen noch viel Arbeit zu leisten. Weit voraus bei der Entwicklung von Akkumulatoren für Stromübertragungsnetze ist das japanische Unternehmen Nihon Gaishi (NGK Insulators, Ltd.): Seine Natrium-Schwefel-Akkumulatoren (NaS-Zellen) sorgen eingesetzt in Windkraftanlagen für eine konstante Elektrizitätsabgabe. Weil sie jedoch auf Betriebstemperaturen von über 300°C angewiesen sind, ist ihre Anwendbarkeit derzeit noch eingeschränkt, da sie eine Wärmezufuhr notwendig machen.

Die altbewährten Blei-Akkumulatoren erscheinen jedoch chancenlos: Zwar sind deren Materialkosten weiterhin ungeschlagen niedrig, doch bedingt ihre geringe Energiedichte, daß die für Anwendungen im Rahmen der Smart Grid erforderlichen hohen Speicherkapazitäten den Platzbedarf der Bleizellen unverhältnismäßig ansteigen ließen.

Quellen:
Nihon Keizai Shinbun vom 6. April 2010
Pressemitteilung Hitachi vom 5. April 2010

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最終変更日時 2010年5月12日8:09 PM