Zukunftstechnik aus Sachsen

Gemeinsam mit der australischen Batteriefirma Altech (WKN: A12E90 ; ISIN: AU000000ATC9) will das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) hat eine neuartige Batterie produzieren - auf Basis von Natriumchlorid. Die Vorbereitungen für die 100 Megawatt große Produktion im sächsischen Schwarze Pumpe haben bereits begonnen.

„Natriumchlorid ist der Hauptbestandteil des aktiven Materials. Dazu kommt noch Nickel, das aber vollständig recycelt wird. Unsere Batterie beruht also auf leicht verfügbaren Materialien in Europa“, so der Leiter des Fraunhofer-IKTS, Alexander Michaelis, der die Batterie mit entwickelt hat.

Diese Natrium-Batterie ist nicht nur günstiger als die Lithium-Ionen-Konkurrenz, sondern auch nicht brennbar und langlebiger. Darüber hinaus kommt sie ohne seltene Erden aus und funktioniert wetterunabhängig. Allerdings ist sie auch wesentlich größer und schwerer als die herkömmlichen Ionen-Batterien, weshalb sie nicht in E-Autos verbaut werden kann. „Bei stationären Speichern spielt das jedoch keine Rolle“, so Michaelis. Die Salzbatterie soll deswegen in diesem Bereich zum Einsatz kommen. 

Solche Stromspeicher werden benötigt, um Lastspitzen zu Tageszeiten, an denen die Stromnachfrage besonders hoch ist, abzufedern. Damit sind sie ein wichtiger Bestandteil der Energiewende. Erneuerbare produzieren nur Strom, wenn der Wind weht oder die Sonne scheint und nicht wenn der Verbrauch am höchsten ist. Somit entstehen stets Phasen, in denen fossile Kraftwerke als Lückenfüller einspringen müssen. Ferner werden Wind- und Solaranlagen abgestellt, wenn sie mehr Strom produzieren als verbraucht wird. 

Speicher können dieses Problem lösen. „Stationäre Speicher sind eines der am meisten unterschätzten Gebiete derzeit. Kalkulationen gehen immer von einem relativ geringen Wert an stationären Speichern aus. Das ist falsch. Gerade gibt es ein riesiges Wachstum“, erklärt Batterieexperte Maximilian Fichtner, Chef des Helmholtz-Instituts Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung. 

Weltweit steigt die Nachfrage nach Großspeichern. Laut Bloomberg New Energy Finance (BNEF) gab es Ende 2021 weltweit Welt stationäre Batterien mit insgesamt 27 Gigawatt Leistung. Bisher rechneten die Marktforscher mit einer globalen Kapazität von einer Terawattstunde bis 2030, mussten aber ihre Prognose Ende des vergangenen Jahres um 13 Prozent anheben.

Laut BNEF sind die USA und China aktuell die größten Märkte für Batteriespeicher, dicht gefolgt von Europa. Ihre Prognose für das Batteriewachstum in Deutschland haben die Analyst:innen bereits verdoppelt.

Ähnlich wie bei den Elektroautos, ist auch bei den Großbatterien der Lithium-Ionen-Akku die marktbeherrschende Technologie. Beim Netbooster-Projekt der Übertragungsnetzbetreiber wird die bewährte Technologie ebenfalls eingesetzt. Einer der weltweit größten Netzspeicher entsteht derzeit in Kupferzell. Pumpspeicherkraftwerke, Redox-Flow-Batterien, die Energie mit Hilfe großer Flüssigkeitstanks speichern können oder die Natriumchloridbatterie, sind hingegen neue vielversprechende Technologien.

Als „Zebra Batterie“ (zero emission battery) wurde diese Technologie bereits in den 70er Jahren in Südafrika entwickelt und sollte in Elektroautos verbaut werden. Unter anderem Mercedes hatte versucht, die Technik zu verwenden, war damit aber aufgrund von Größe und Gewicht gescheitert. 

„Das Design war ursprünglich sehr komplex, weil es auf Elektroautos ausgelegt war. Das haben wir vereinfacht und auf der Größe so optimiert, dass eine extrem günstige Batterie rauskommt“, sagt Batteriespezialist Michaelis. Das Fraunhofer-Institut hat insgesamt einen zweistelligen Millionenbetrag und zehn Jahre Forschung in die Entwicklung der sogenannten Cerenergy-Batterie gesteckt. 

Die Batterie besteht aus einem Keramikrohr (Festkörpertechnologie), welches als Elektrolyt dient, mit einem positiven Pol in der Mitte. Der Festkörper sorgt für den Transfer von Natrium-Ionen durch das Rohr und ist mit einem Kathodengranulat aus Kochsalz und Nickel gefüllt.

Natrium dringt im Ladezustand durch den Elektrolyten und bildet so die Anode. Im Entlademodus wird der Prozess umgekehrt. Die positive Elektrode wird mit geschmolzenem Chloraluminat geflutet, um den Kontakt zwischen dem festen Kathodengranulat und dem keramischen Elektrolytrohr sicherzustellen. Das Keramikrohr ist mit einem Edelstahlbehälter, der als Minuspol dient, ummantelt.

„Im Institut in Dresden steht schon eine Zehn-Kilowattstunden-Batterie aus der Pilotanlage. Unsere Aufgabe ist es jetzt, eine effiziente industrielle Fertigung zu entwickeln und das Werk zu bauen“, sagt der Chef der Deutschlandtochter von Altech, Uwe Ahrens. Er schätzt die Kosten für den Aufbau der Fabrik auf einen mittleren dreistelligen Millionenbetrag. Die ersten Batterien sollen 2025 vom Band laufen.