Die Batteriekonzepte der Fraunhofer UMSICHT

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fraunhofer-redox-lithium-ionenDas Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen ist europaweit eines der größten Testlabors für sogenannte Redox-Flow Batterien. Zu den großen Herausforderungen der anstehenden Energiewende hat sich die Fraunhofer UMSICHT zum Ziel gesetzt, die kontinuierlich wachsende Menge an Wind- und Sonnenenergie effizient zwischenzuspeichern und bei Bedarf in das Stromnetz einzuspeisen. Durch diese Maßnahmen soll nicht nur die Versorgungssicherheit gewährleistet bleiben, sondern auch die Netze stabil gehalten und der eigentlichen Netzausbau vorangetrieben werden. Hierbei werden die beiden erfolgversprechenden Energiespeicher, die Lithium-Ionen-Batterie und die Redox-Flow-Batterie näher untersucht.

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Die Möglichkeiten der Redox-Flow-Batterien

Redox-Flow Batterien speichern Energie in Elektrolyselösungen. Hierbei nehmen chemische Verbindungen an den Membranen Elektronen auf und geben diese auch wieder ab. Die am häufigsten verbreitete Batterie ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Die Entladung und Ladung der Vanadiumelektrolyte, also der eigentliche Leistungsteil der Batterie, finden in sogenannten Stacks statt. Dabei erfolgt in externen Tanks die Speicherung der Elektrolyten. Von Vorteil ist, dass hierbei die kW-Leistung und die kWh-Speicherkapazität individuell an die jeweilige Anwendung angepasst werden kann. Von besonderer Bedeutung in Bezug der Verfahrens- und Elektrotechnik sind bei Redox-Flow Batterien die Vermessung und Charakterisierung und designtechnische Fragestellungen über den Aufbau der Batterie-Stacks. Das Ziel der Fraunhofer UMSICHT ist es, Stromspeicherlösungen auf Basis der Redox-Flow-Technologie zu entwickeln, die eine Leistung von 10 kW bis hin zu 10 MW erreichen können. Hierdurch sollen zudem Kosten gesenkt und die Wirkungsgrade gesteigert werden.

Die bewährten Lithium-Ionen Batterien

Insbesondere auf den Themenbereich der Elektromobilität, sprich den Elektrofahrzeugen, ist das Labor der Fraunhofer UMSICHT auf die Prüfung von Lithium-Ionen-Akkus ausgerichtet. Die Leistungsfähigkeit dieser Batterien bis zu einer Leistung von nahezu 120 kW wird durch simulierte Fahrzyklen überprüft. Das Ziel der Forschungsarbeiten ist es, die Effizienz der Lithium-Ionen-Akkus zu steigern, um den neuen Anforderungen gerecht werden zu können. Diese Batterien werden heute nicht nur in der Elektromobilität eingesetzt, sondern immer häufiger auch für stationäre Anwendungen (Solarinselanlagen).

Was versteht man unter fortschrittlicher Stack-Technologie?

Stacktechnologie bezeichnet eine innovative, externe Fluidverteilung, mit der auch große Zellflächen realisiert werden können. Zu Demonstrationszwecken wurde von der Fraunhofer UMSICHT eine Redox-Flow Batterie mit 3 Zellen und einer Fläche von 0,5m² entworfen und anschließend vermessen. Hierbei wurden folgende technischen Spezifikationen erreicht:

  • 3 Zellen,
  • aktive Zellfläche von 4.416 cm²,
  • 287 A Nennstrom,
  • 1,33 kW Nennleistung im Ladevorgang,
  • 1,01 kW Nennleistung im Entladevorgang,
  • 2,5 kW Spitzenleistung,
  • 500 A Maximalstrom und
  • bis zu 80 % DC-DC Effizienz.

Im Ergebnis ist festzustellen: Um größere Leistungen zu erzielen, muss die Zellanzahl erhöht werden. So entspricht ein Stack mit 60 Zellen ungefähr einer Leistung von 25 kW.

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Veranstaltungen der Fraunhofer UMSICHT

Mithilfe von Workshops, Tagungen, Institutsführungen und Fachkongressen unterstützt das Veranstaltungsmanagement der Fraunhofer UMSICHT den Austausch mit Fachkreisen und sogenannten Stakeholdern. Diese Veranstaltungen zeigen praxisnah und kompakt, welche aktuellen Trends das größte Potenzial haben, welche Strategien und Methoden sich in der Praxis bewährt haben und welche Konzepte zukünftig relevant werden können.

In der Zeit vom 07.04. bis 11.04.2014 ist die Fraunhofer UMSICHT auf der weltweit wichtigsten Technikmesse, der Hannover-Messe vertreten. Insbesondere in Halle 13, Stand C10 wird das Thema „Pyrolyse-Anlage zur Wandlung und Speicherung von Energie“ vorgestellt.

Bildquelle: © daniel stricker / pixelio – www.pixelio.de

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