Batteriekunde: Neue Technologien für USV-Systeme

Nicht alle gängigen Batterietypen sind für USV-Systeme geeignet.

Wie im ersten Teil der Batteriekunde beschrieben, ist die Batterie als Stromspeicher das Herzstück jeder Unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). Damit die Wartung und Pflege möglichst mit geringem Aufwand verbunden ist und die Lebensdauer der Batterien lang ist, werden neue Technologien für USV-Systeme erforscht. Neben den bereits marktüblichen, im ersten Teil der Batteriekunde beschriebenen Technologien wie VRLA, Nickel Kadmium (Sonder-USV-Systeme in gefährlichen Bereichen wie Kernkraftwerken, Ölbohrplattformen und Müllverbrennungsanlagen) und VLA-Batterien gibt es folgende weitere Technologien:

1. Nickel Wasserstoff (NIH) und Nickel Metalhydrid (NiMeH) als Batteriesystem:
mit Nickelhydroxid (NiOOH) als positivem und Wasserstoff (H2) als negativem
Elektrolyt. Beide Systeme haben einen langen Lebenszyklus.

  • Vorteile: Lange Lebensdauer, verschiedene Formen (Eher flach)
  • Nachteile: Geringere, temperaturabhängigere Effizienz als VRLA
  • Derzeitige Anwendungen: Standby USV Systeme und Elektromobilität

2. Lithium basierende Batterietechnologien, Lithium Ion Batterien und Lithium Sulfat Batterien: höchst leistungsfähig, dadurch in Mobiltelefonen und mobilen Anwendungen verbreitet, Lithium Metalloxid Kathode und Kohlenstoff Anode mit organischem Elektrolyt (Lithium Sulfat (LIPF6) LICoO2 und LiMO2 in Kathode und Anode.

  • Vorteile: Lange Lebensdauer, kompakte Bauform
  • Nachteile: Temperaturabhängig, nicht wiederladbar nach Tiefentladung und sehr feuchtigkeitsempfindlich
  • Derzeitige Anwendungen: Elektromobilität, mobile Anwendungen und Luftfahrt

3. Natrium basierende Batterien: Natrium Nickelchlorid mit Natrium an der Anode: die dritte und meiner Ansicht nach am besten für USV-Systeme ausbaubare Technologie, Kathode = Natriumchlorid.

  • Vorteile: Hohe Dichte und Temperaturbeständigkeit (-40 bis +60 Grad Celsius), keine Kühlung benötigt, höchste Energieeffizienz (85 Prozent), wartungsfrei nicht gasend und beim Recycling fallen keine gefährlichen Nebenprodukte an und fast das komplette Material kann bequem recycelt werden, 2000 Entladungszyklen bis 80 Prozent aushaltend (VRLA circa 400 bis 500)
  • Nachteile: gegebenenfalls die Bauform (Zylindrisch)
  • Derzeitige Anwendungen: Stromnetzversorgung, 600V Anwendungen, Windkraft/Solar

Neben diesen drei ausführlich betrachteten, gibt es weitere Batterietechnologien, wie beispielsweise mobile Brennstoffzellen für mobile Anwendungen. Diese sind aber wegen ihres Preises und ihrer  Leistungsfähigkeit eher nicht für USV-Systeme geeignet. Ebenso wenig sind dies Bleikristall-Batterien, die im Betrieb sehr gut funktionieren, in der Herstellung jedoch hochtoxisch sind. Daher stellen sie ebenfalls keine Alternative dar. Interessanter ist da schon eher die neu entwickelte Microcell-Kohlenstoffschaum-Batterie.Sie wurde bereits für USV-Anwendungen freigegeben. Ebenso ist die Organische Fluss Batterie (ORBAT) der University of Californiafür Massenspeicherung und größere Energiespeicher, inklusive USV, eine neue lohnende und zu beobachtende Möglichkeit. Sie ist zehnmal preiswerter als Lithium ION-Modelle. Es sind zudem wesentlich mehr Entladezyklen gegeben. Bei Li-Ion ist Schluss nach 1.000 Zyklen, hier sind ohne weiteres 5.000 Zyklen möglich. ORBAT ist nicht toxisch. Das Material ist recycelbar und diese Batterie ist einfach in der Herstellung.

Somit dominieren als Zukunftsalternativen für Batterien Natrium- und ORBAT Lösungen.

 

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