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Energiespeicher der Zukunft

Lithium-Ionen-Batterien funktionieren durch Einlagerung von Lithium-Ionen in den Elektroden der Batterie.

Die kleinste Einheit einer Batterie, eine Zelle, besteht aus einer positiven und einer negativen Elektrode, einem Ionen-durchlässigen Separator, welcher die beiden Elektroden elektrisch voneinander trennt, und dem flüssigen Elektrolyten, welcher die Wanderung der Ionen zwischen den Elektroden ermöglicht. Solche Batterie-Zellen werden durch parallele und/oder serielle Verschaltung zu Batterie-Modulen zusammengefasst. Diese Module werden wiederum zu Batterie-Systemen verschaltet, die an die Umrichter angeschlossen werden können. Stationäre Batteriesysteme unterscheiden sich im Aufbau stark von mobilen Batteriesystemen. So ist eine möglichst hohe Energiedichte eher nachrangig während Sicherheitsaspekte, leichte Wartbarkeit und die Verwendung von standardisierten Systemen für eine hohe Wirtschaftlichkeit in den Vordergrund rücken.

Es gibt verschiedene Technologien von Lithium-Ionen-Batterien, welche sich durch die Elektroden- und Separator-Materialien und damit einhergehenden Eigenschaften unterscheiden. Wesentliche Eigenschaften sind die Kapazität, der Innenwiderstand, aus dem sich indirekt das Verhältnis von Kapazität zu Leistung ableitet, sowie die Lebensdauer und Sicherheitseigenschaften. Aufgrund der unterschiedlichen Ausprägungen dieser Eigenschaften bei verschiedenen Lithium-Ionen-Technologien hängt die Eignung der unterschiedlichen Technologien von den Anforderungen der Anwendung ab. Lithium-Ionen-Batterien haben einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe
Lebensdauer. Dadurch eignen sich Lithium-Ionen-Batterien eher für Hochleistungsanwendungen mit größerer Dynamik, bei denen diese Vorteile zur Geltung kommen.

In der Anlage von M5BAT sind bereits zwei verschiedene Lithium-Ionen Batterietechnologien installiert worden.
Der Systemdienstleister Qinous hat Lithium-Ionen Batterien des Typs Lithium-Mangan-Oxid (LMO) der Marke Samsung SDI in die Anlage integriert. Hierbei befinden sich sechzehn Zellen in einem Tray. Die Trays sind zusammengefasst in Racks und ein Rack hat ungefähr 40 Kilowattstunden nutzbare Kapazität. Insgesamt sind in diesem System 64 solcher Racks mit einer ungefähren Gesamtkapazität von 2.400 kWh nutzbarer Kapazität verbaut, die zu je vier Strings parallel betrieben werden können.
Bei der LMO-Batterie wird Lithium-Manganoxid als Aktivmaterial in der Kathode eingesetzt. Häufig wird dies mit weiteren Kathoden-Materialien (z.B. Nickel-Kobalt-Mangan) gemischt, um die Eigenschaften hinsichtlich Kapazität und Leistung zu verbessern. Da das Hauptmaterial Mangan ein häufig vorkommender Rohstoff ist, bietet diese Technologie Preisvorteile gegenüber anderen Lithium-Ionen-Batterie-Technologien. Darüber hinaus weisen LMO-Batterien ein sehr gutes Sicherheitsverhalten auf.
Zusätzlich wurde eine Lithium-Ionen-Batterie des Typs Lithium-Eisenphosphat (LFP) der Marke CATL vom Systemdienstleister RES installiert. Die LFP-Technologie verwendet lithiiertes Eisenphosphat als Kathodenmaterial. Dadurch weisen LFP-Batterien sehr gute Sicherheitseigenschaften sowie eine hohe Lebensdauer auf. Zudem handelt es sich ebenfalls um ein günstiges Material, so dass diese Technologie Kostenvorteile bietet.

Durch den Ausbau der Elektromobilität und den damit verbundenen steigenden Stückzahlen von Lithium-Ionen-Batterien, wird eine Degression der Kosten erwartet.