Akkus in XXL

Große stationäre Batterien zur Stabilisierung des Stromnetzes müssen ganz anderen Anforderungen gerecht werden als die Akkus für Elektroautos oder Laptops. Forscher arbeiten deshalb an völlig anderen Techniken.

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Von
  • Susanne Donner
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Große stationäre Batterien zur Stabilisierung des Stromnetzes müssen ganz anderen Anforderungen gerecht werden als die Akkus für Elektroautos oder Laptops. Forscher arbeiten deshalb an völlig anderen Techniken.

Es kann von Vorteil sein, wenn Forscher ganz genau wissen, was sie wollen. "Wir wollen die erneuerbaren Energien grundlastfähig machen", sagt Andreas Gutsch vom Karlsruher Institut für Technologie KIT, "sodass Sonnen- und Windstrom rund um die Uhr fließen wie aus einem Atomkraftwerk." Im Februar hat das Team um Gutsch eine Solaranlage mit einer Leistung von 250 Kilowatt auf dem Gelände des Karlsruher Instituts für Technologie an einen Lithium-Ionen-Akku angeschlossen.

Zwei Module sollen in Summe 100 Kilowattstunden bunkern und damit Stunden bis Tage der Stromflaute überbrücken. "Wir wollen damit erstmals einen Monat lang konstant Strom einer bestimmten Leistung liefern", so Gutsch. Welcher Typus von Lithium-Ionen-Batterie erprobt wird, verrät der Forscher nicht. "Das ist die Eine-Million-Dollar-Frage." Nur so viel: Es handele sich um verschiedene Lithium-Nickel-Mangan-Systeme von deutschen und asiatischen Herstellern. Solche Akkus seien besonders belastbar. Noch dient das Batteriesystem lediglich dazu, die Regelungstechnik zu testen. Die Forscher wollen wissen, wie sich Beladung und Entladung der Akkus so steuern lässt, dass die Geräte das Stromnetz stabilisieren können. Dennoch stellt sich die Frage: Entsteht hier die Keimzelle eines neuen Systems an Großspeichern?

Martin Winter vom Batterieforschungszentrum der Universität Münster skizziert die Anforderungen an derartige Batterien: "Sie müssen Strom in Leistungen von einigen Kilowatt bis Dutzenden Megawatt speichern, zwanzig, dreißig Jahre halten wie ein Kraftwerk, und die Materialien dafür müssen billig sein, damit die Speicher bezahlbar sind." Doch Wunsch und Wirklichkeit klaffen vorläufig noch weit auseinander. Kein einziges Batteriesystem wurde gezielt für das Speichern von Strom aus Wind oder Sonne entwickelt. Bleiakkus und Lithium-Ionen-Batterien werden zwar auf ihre Tauglichkeit getestet. Aber Erstere überdauern allenfalls fünf Jahre – rund 800 Ladezyklen. "Viel zu kurz", urteilt Winter. Lithium-Ionen-Akkus halten gut doppelt so lange. Sie sind aber sehr teuer.

Um ihren Preis zu senken, haben Gutschs Mitarbeiter am KIT eine Forschungsfabrik für Batterien errichtet. Im Rahmen des Projekts E-Competence arbeiten sie beispielsweise daran, die Elektroden schneller herzustellen. Diese werden in langen Stäben gefertigt – 15 bis 30 Meter sind derzeit pro Minute üblich. "Im Labor erreichen wir schon 100 Meter pro Minute", so Gutsch. Dazu hat sein Team das Backen und Trocknen der Elektroden beschleunigt. Die noch rohen Elektrodenstäbe werden dann geschnitten, zu Platten gewalzt und in einer Zelle gestapelt. "Für jeden Schritt gibt es in der landläufigen Produktion eine eigene Maschine", schildert Gutsch. "Wir bündeln diese Prozesse in einer einzigen neuen Maschine." Mit solchen Verbesserungen will er die Investitionskosten halbieren und die Herstellungskosten um 60 Prozent senken.

Winter bezweifelt dennoch, dass sie sich auf breiter Front durchsetzen werden. Denn noch kostengünstigere und haltbarere Akkus könnten ihnen den Rang ablaufen. Das Berliner Unternehmen Younicos etwa setzt auf Natrium-Schwefel-Akkumulatoren. Bei vollständiger Entladung überstehen sie einige Zehntausend Ladezyklen. In Japan gleichen solche Batterien seit vielen Jahren Schwankungen von Wind- und Sonnenenergie aus. In Deutschland testet Vattenfall seit 2010 in Kooperation mit Younicos die erste Batterie mit einer Leistung von sechs Megawattstunden. Ein Nachteil jedoch: Das geschmolzene Natrium und der flüssige Schwefel in der Zelle reagieren erst bei 270 bis 350 Grad Celsius. Der Akku muss dafür ständig geheizt werden, was die Energieeffizienz schmälert. "Außerdem gibt es ungelöste sicherheitstechnische Fragen", wendet Gutsch ein. Natrium entzündet sich leicht an der Luft. "In den USA gab es einen schweren Brand. Danach wurden alle Batteriesysteme dieser Art abgeschaltet", erzählt der Experte.