Mehr Unabhängigkeit bei der Stromversorgung? Aber sicher!

Strom aus Erneuerbaren benötigt sichere Speichertechnologien

Energie umweltfreundlich erzeugen ist eine Sache – sie entsprechend zu bevorraten eine ganz andere. Um wind- und sonnenarme Tages- sowie Nachtzeiten zu überbrücken, sind Zwischenspeicher erforderlich. Die zugehörige Technologie verzeichnete in den vergangenen Jahren rapide Fortschritte. Ungemach durch Reputationsverlust droht derzeit eher von einigen wenigen Vorfällen wie Bränden. Dabei steht fest: Wer die gängige Sicherheitsvorkehrungen einhält, muss sich keine Sorgen machen – und spart bares Geld.

Insbesondere ein US-Elektrofahrzeughersteller sowie ein Flugzeughersteller aus den Vereinigten Staaten haben mehr öffentliches Interesse für ihre Produkte erhalten, als ihnen lieb gewesen sein dürfte: Brennende Akkus in Auto und Flugzeug haben auf ein technisch eher wenig versiertes Publikum eine eher abschreckende Wirkung. Eine Untersuchung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) half ebenfalls nicht, Vertrauen in Energy Storage zu gewinnen; demnach seien stationäre Energiespeicher für Heimanwender ein Sicherheitsrisiko, „Einfamilienhäuser werden brennen“ war das scheinbare Fazit. Bei einem genaueren Blick auf den Text lautete die Kernaussage des KIT jedoch lediglich: Nur Systeme ohne zertifizierte Sicherheitsmechanismen sind eine potenzielle Bedrohung.

Diese Aussage ist so korrekt, wie sie gleichzeitig wenig bahnbrechend ist. Nicht umsonst gibt es derartige Nachweise und Zertifikate. Franz-Josef Feilmeier sieht das genauso: „Die Sicherheit von Speichersystemen mit Lithium-Ionen-Technologie ist ein kritischer Punkt. Wir konnten dabei aber viel von den Elektroautoherstellern lernen, die es geschafft haben, die Systemsicherheit bei deutlich widrigeren Umständen sicherzustellen.“ Feilmeier ist Geschäftsführer der FENECON GmbH & Co. KG aus Deggendorf, sein Unternehmen entwickelt und vertreibt deutschlandweit Speichersysteme des Herstellers BYD. Er fährt fort: „Die Produzenten haben sich zu weitgehenden Sicherheitsstandards auch für die stationäre Speicherung verpflichtet. Die am Markt erhältlichen zertifizierten Systeme sind damit sicher.“

Dass überhaupt Feuergefahr besteht, liegt an Physik und Chemie der Speichersysteme: Wird der sogenannte Separator – er trennt positive und negative Elektrode – beschädigt, entstehen Kurzschlüsse innerhalb der Zelle; sie können den Akku in Sekundenschnelle abbrennen lassen, selbst Explosionen sind möglich. Aus diesem Grund legen Hersteller und ihre Vertriebspartner auch so viel Wert auf das Thema Sicherheit. Drei zentrale Punkte gilt es hierbei zu beachten: thermische, mechanische und elektrische Belastungen der Lithium-Ionen-Akkus. Der Fokus auf diese Themen eint Feilmeier mit anderen seriösen Qualitätsanbietern. Denn auch seitens des KITs ist man sich bewusst, dass eine Stichprobe von nur fünf Systemen nur bedingt repräsentativ ist.

Worauf es wirklich ankommt: Sicherheit bei Akkumulatoren
Zweifelsohne besteht für Heimsysteme im Bereich mechanischer Schäden das geringste Risiko. In der Regel sollten an den bevorzugten Standorten wie im Keller keine nennenswerten physikalischen Belastungen auftreten. Jedoch fallen Spätfolgen von unsachgemäßem Transport durchaus in diese Kategorie, und auch sie wirken potenziell brLeclancheü 01and- verursachend. Aus diesem Grund sollten auch entsprechende Transportzertifikate beachtet werden, nach UN38.3. Ein bestandener Sicherheitstest wie der „Nageltest-Klassiker“– dabei wird ein Nagel durch den Akku geschlagen, bei dem weder Feuer noch Rauchentwicklung auftreten darf – ist neben weiteren belegbaren Testergebnissen ein brauchbarer Indikator für Eigenheimbesitzer.

Elektrischen und damit auch thermischen Belastung, wie sie etwa durch Überladung entstehen können, fallen für Hauseigentümer schon mehr ins Gewicht. Feuerfeste Separatoren – etwa aus Keramik – beugen den gefürchteten Kurzschlüssen wirksam vor, da sie die Grundlage zur Übertragung der elektrischen Energie entziehen. „Lithium-Titanat-Elektroden haben außerdem im Vergleich zu Lithium-Metall-Mischoxiden den Vorteil, dass bei Überhitzung keine brandfördernden Stoffe freigesetzt werden“, erklärt Andreas Niederholz. Er ist Application Engineer Industrial Storage bei der Leclanché GmbH und sagt: „Darüber hinaus wird der sogenannte ‚Thermal Runaway‘ des Akkus verhindert, bei dem die Zelle zerstört wird. Das liegt am Titanat, das nicht mit den Oxiden in der Kathode reagiert.“

Vermeidet ein entsprechendes Batteriemanagement den unerwünschten Überladungszustand, ist die Sicherheitsfrage nahezu vollständig geklärt. Derartige Systeme ermitteln zentrale elektrische Kenndaten sowie die Temperaturen und schalten im Schadensfall die betroffenen Zellen sogar ganz ab. Im Fall von Leclanché verfügen die Titanat-Zellen über einen Polymer-Separator mit keramischen Füllmaterial, der als besonders sicher gilt und bisher jeden Nageltest überstand.

Für die kleiner werdende Gemeinde der Bleiakku-Fans gibt es übrigens keine guten Nachrichten: Die Systeme sind zwar absolut gesehen günstig in der Anschaffung, aber bei den physikalischen Eigenschaften wie Be- und Entladefähigkeit oder Kapazität hoffnungslos unterlegenen – und darüber hinaus auch nicht per se sicher: Überladung kann bei solchen Systemen explosiven Wasserstoff erzeugen.

Sicherheit qua Zertifikat
Verbraucher sollten beim Kauf von Energiespeichersystemen darauf achten, dass die Lösungen inklusive Managementsystem unbedingt über entsprechende Sicherheitszertifizierungen verfügen; bewährt haben sich etwa QC/T 743, ISO 12405, IEC 62660, SAND 2005, UL 1642 und UL 2580, allesamt auch im Elektromobilitätsbereich geforderte Zertifikate. Neben einer Transportsicherung müssen Hersteller bzw. Vertriebspartner übrigens weitere Punkte beachten, etwa die gesetzeskonforme Verpackung der Systeme.

Der Schlüssel zu einem wirklich sicheren Einsatz ist demnach eine Kombination aus entsprechender Technologie und dem zugehörigen Nachweis. Beachten Interessenten die oben beschriebenen Aspekte, steht einem sicheren Einsatz von Energiespeichern im privaten, aber auch im gewerblichen und industriellen Bereich nichts mehr im Wege. Diese Lektion haben übrigens auch die eingangs erwähnten Unternehmen aus dem Bereich Automobile und Luftfahrt erfolgreich gelernt.

Autoren: Stephan Wild, Stefan Karl

 

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7 Bemerkungen

  • LiFePO4-Batterien, sind derzeit sichesrste und langlebigste Produkte für mobile, als auch ortsfeste Speichersysteme.
    Für Fahrzeuge hat sich diese von 123 entwickelte Taschzelle bereits bewährt, weil mit einer aus 20AH-Zellen bestückten Batterie ist sowohl das geringe Volumen und geringes Gewicht
    ein Vorteil bei der höhen Zahl an Wiederladungen von über 1500.
    Unfälle damit sind nicht bekannt.

  • LFP oder Lithiumeisenphosphatzellen sind keineswegs die langlebigsten Lithium-Ionen-Zellen. Diese kommen bei Entladetiefen von 70-80% auf 5.000 bis 7.000 Zyklen, während Lithium-Titanat-Zellen bis zu 20.000 Zyklen schaffen. Bei Entladetiefen von 90-100%! Beim Punkt „Sicherheit“ sind Sie etwa gleich gut zu bewerten, mit leichten Vorteilen für die Titanatzelle.

  • Wie so viele Artikel in diesen zahllosen Green-Energy-Portalen: Ein Sammelsurium von technologisch zweifelhaften bis falschen Aussagen. Bitte: Nicht mehr copy-and-paste, bitte nicht mehr ohne minimalste Grundlagenkenntnisse über Zellchemie und Batteriesysteme reden. Neuigkeitswert des vorliegenden Artikels: Null. Informationsgehalt: Null. Dafür eine Extraportion an sachlichen Fehlern. Der Artikel kann ohne Not gelöscht werden.

  • Es gibt einige grobe Fehler in diesem Artikel. Eine kleine Auswahl:

    Lithium-Titanat-Elektrode = Anode, Lithium-Metall-Mischoxide = Kathode. In einer funktionierenden Zelle sind immer eine Anode und eine Kathode enthalten. In einer Zelle mit einer Titanat-Anode ist daher immer auch ein Mischoxid oder Lithium-Eisenphosphat als Kathode enthalten. Hier Titanat gegen Mischoxid auszuspielen wäre wie bei einer Butterbrezel die Butter gegenüber der Brezel zu verdammen – einfach nur Unsinn. Das eine geht ohne das andere nicht. Und das sind absolute Batteriebasics!

    Weiter: Die heute kommerziell verwendeten Elektrolyte sind fast immer sehr gut brennbar. Wird die Zelle nur heiß genug und/oder öffnet sie sich, kann sich selbstverständlich der Elektrolyt auch bei Zellen mit Titanat-Anode entzünden.

    Weiter: Thermal Runaway entsteht meist bei einem internen Kurzschluss einer geladenen Zelle. Es kommt zu einer starken Entladung der gespeicherten Energie, verbunden mit großer Hitzeentwicklung, die den Zellaufbau weiter schädigt usw., bis die Zelle möglicherweise anfängt zu brennen. Natürlich reagiert das Titanat der Anode mit den Oxiden aus der Kathode – wie sollte es sonst zu einer Entladung mit Erhitzung kommen? Es ist eher eine Frage des Zelldesigns (schwerentflammbare Elektrolyte, hochtemperaturfeste Separatoren etc.) ob es bei einer starken Erhitzung zu einem unkontrollierbaren Durchgehen der Zelle (= thermal runaway) mit Entflammen oder nur Abblasen des Elektrolyten und Rauchentwicklung kommt.

    Weiter: Es gibt momentan keine marktverfügbaren Systeme, bei denen die Zellen parallel geschaltet sind (ASD Sonnenspeicher hat einen entsprechenden Systemaufbau angekündigt). In einer seriellen Verschaltung lassen sich einzelne Zellen aber nicht abschalten.

  • Kenntnisse über so genannte Hochsetzer und Tiefsetzer, als Auch DC-Wandler und Konverter, Inverter usw. sind für den zukünftigen Umweltstromgewinner, das tägliche Brot, denn es ist immer Gleichstrom, welcher aus der Batterie fließt und dorthin zurück geladen wird. Grundlagen sind elektrotechnisch-physikalische Gesetze und deren Berechnungsformeln,
    wie das Ohmsche Gesetz. Dabei wird Gleichstrom in Impulse zerhackt, welche wiederum Magnetfelder erzeugen, welche wiederum ín Spulen Stromstösse bewirken. Diese Stromstöße stehen dann durch Gleichrichter gleichgerichtet, als Gleichstrom mit gewünschter Spannung zur Verfügung, für Motore, zum Laden, für Ledbeleuchtung usw.

  • Letzte Berichte lassen einen Durchbruch beiLithium-Schwefel-Batterien erhoffen, wo eine Fertigung von Rollenmaterial entwickelt wurde, was eine leichtere, billigere und bessere Batterie verspricht.
    Ich habe daher bereits auf eine Bestellung von althergebrachten LiFePO4-Batterien verzichtet, welche sehr teuer und schwer sind.