Welche Vorteile bieten Energiespeicherbatterien?

Technischer Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – elektrochemische Energiespeicherung: Gängige Kathodenmaterialien für Lithiumbatterien sind derzeit Lithiumcobaltoxid (LCO), Lithiummanganoxid (LMO), Lithiumeisenphosphat (LFP) und ternäre Materialien. Lithiumcobaltat war das erste kommerziell erhältliche Kathodenmaterial und zeichnet sich durch hohe Spannung, hohe Schüttdichte, stabile Struktur und gute Sicherheit aus, ist aber teuer und hat eine geringe Kapazität. Lithiummanganat ist kostengünstig und hochspannungsfest, weist jedoch eine geringe Zyklenstabilität und ebenfalls eine geringe Kapazität auf. Kapazität und Kosten der ternären Materialien variieren je nach Gehalt an Nickel, Cobalt und Mangan (zusätzlich zu NCA). Ihre Gesamtenergiedichte ist höher als die von Lithiumeisenphosphat und Lithiumcobaltat. Lithiumeisenphosphat ist kostengünstig, bietet eine gute Zyklenstabilität und hohe Sicherheit, hat aber ein niedriges Spannungsplateau und eine geringe Schüttdichte, was zu einer niedrigen Gesamtenergiedichte führt. Derzeit dominieren im Energiesektor ternäre Materialien und Lithiumeisenphosphat, während im Verbrauchssektor Lithiumcobaltat häufiger zum Einsatz kommt. Negative Elektrodenmaterialien lassen sich in Kohlenstoffmaterialien und Nicht-Kohlenstoffmaterialien unterteilen: Zu den Kohlenstoffmaterialien zählen unter anderem künstlicher Graphit, natürlicher Graphit, mesophasische Kohlenstoffmikrokügelchen, Weichkohlenstoff und Hartkohlenstoff. Nicht-Kohlenstoffmaterialien umfassen Lithiumtitanat, siliziumbasierte und zinnbasierte Materialien. Natürlicher Graphit und künstlicher Graphit sind derzeit die am weitesten verbreiteten Materialien. Obwohl natürlicher Graphit hinsichtlich Kosten und spezifischer Kapazität Vorteile bietet, ist seine Zyklenlebensdauer gering und seine Konsistenz schlecht. Künstlicher Graphit hingegen weist relativ ausgewogene Eigenschaften auf, mit exzellenter Zirkulationsfähigkeit und guter Elektrolytkompatibilität. Künstlicher Graphit wird hauptsächlich für großvolumige Fahrzeugbatterien und hochwertige Lithiumbatterien für Endverbraucher verwendet, während natürlicher Graphit vorwiegend für kleine Lithiumbatterien und Lithiumbatterien für den allgemeinen Gebrauch zum Einsatz kommt. Siliziumbasierte Materialien unter den Nicht-Kohlenstoffmaterialien werden weiterhin intensiv erforscht und entwickelt. Lithiumbatterie-Separatoren lassen sich je nach Herstellungsverfahren in Trocken- und Nassseparatoren unterteilen, wobei die Nassmembranbeschichtung bei Nassseparatoren den Haupttrend darstellt. Sowohl Nass- als auch Trockenverfahren weisen jeweils ihre Vor- und Nachteile auf. Das Nassverfahren ermöglicht kleine und gleichmäßige Porengrößen sowie dünnere Schichten, ist jedoch investitionsintensiv, prozesskomplex und umweltbelastend. Das Trockenverfahren ist vergleichsweise einfach, bietet eine hohe Wertschöpfung und ist umweltfreundlich, jedoch sind Porengröße und Porosität schwer zu kontrollieren und die Schichtdicke lässt sich nur schwer reduzieren.

Der technologische Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – elektrochemische Energiespeicherung: Blei-Säure-Batterie. Die Blei-Säure-Batterie (VRLA) ist eine Batterie, deren Elektrode hauptsächlich aus Blei und Bleioxid besteht und deren Elektrolyt eine Schwefelsäurelösung ist. Im geladenen Zustand ist Bleidioxid der Hauptbestandteil der positiven Elektrode und Blei der Hauptbestandteil der negativen Elektrode. Im entladenen Zustand sind Bleisulfat die Hauptbestandteile beider Elektroden. Das Funktionsprinzip der Blei-Säure-Batterie beruht darauf, dass sie Kohlendioxid und Bleisulfat als positive bzw. negative aktive Substanzen und Schwefelsäurelösung als Elektrolyt verwendet. Die Vorteile von Blei-Säure-Batterien liegen in der relativ ausgereiften industriellen Wertschöpfungskette, der sicheren Anwendung, der einfachen Wartung, den niedrigen Kosten, der langen Lebensdauer und der stabilen Qualität. Zu den Nachteilen zählen die langsame Ladegeschwindigkeit, die geringe Energiedichte, die kurze Zyklenlebensdauer und die Anfälligkeit für Umweltverschmutzung. Blei-Säure-Batterien werden als Notstromversorgung in der Telekommunikation, in Solaranlagen, elektronischen Schaltsystemen, Kommunikationsgeräten, kleinen Notstromversorgungen (USV, ECR, Computer-Backup-Systeme usw.) und Notfallausrüstung sowie als Hauptstromversorgung in Kommunikationsgeräten, elektrisch gesteuerten Lokomotiven (Erfassungsfahrzeugen, automatischen Transportfahrzeugen, Elektrofahrzeugen), Anlassern für mechanische Werkzeuge (Akkuschrauber, Elektroschrauber, Elektroschlitten), Industrieanlagen/-instrumenten, Kameras usw. eingesetzt.

Der technologische Weg der chinesischen Energiespeicherindustrie – elektrochemische Energiespeicherung: Flüssig-Flussbatterien und Natrium-Schwefel-Batterien. Flüssig-Flussbatterien sind Batterien, die elektrische Energie durch die elektrochemische Reaktion löslicher Elektronenpaare an inerten Elektroden speichern und abgeben können. Der Aufbau einer typischen Flüssig-Flussbatterie umfasst: positive und negative Elektroden; eine von einer Membran und einer Elektrode umgebene Elektrodenkammer; einen Elektrolytbehälter, eine Pumpe und ein Rohrleitungssystem. Flüssig-Flussbatterien sind elektrochemische Energiespeicher, die durch die Redoxreaktion flüssiger aktiver Substanzen elektrische und chemische Energie ineinander umwandeln und so die Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie ermöglichen. Es gibt zahlreiche Untertypen und spezifische Systeme von Flüssig-Flussbatterien. Weltweit werden derzeit nur vier Systeme eingehend erforscht: die Vanadium-Flüssig-Flussbatterie, die Zink-Brom-Flüssig-Flussbatterie, die Eisen-Chrom-Flüssig-Flussbatterie und die Natriumpolysulfid/Brom-Flüssig-Flussbatterie. Die Natrium-Schwefel-Batterie besteht aus positiver Elektrode, negativer Elektrode, Elektrolyt, Membran und Gehäuse und unterscheidet sich damit von herkömmlichen Sekundärbatterien (Bleiakkumulator, Nickel-Cadmium-Akkumulator usw.). Sie besteht aus geschmolzenen Elektroden und festem Elektrolyten. Die aktive Substanz der negativen Elektrode ist geschmolzenes Natriummetall, die der positiven Elektrode flüssiger Schwefel und geschmolzenes Natriumpolysulfidsalz. Die Anode besteht aus flüssigem Schwefel, die Kathode aus flüssigem Natrium. Zwischen den Elektroden befindet sich ein Beta-Aluminium-Rohr aus Keramikmaterial. Die Betriebstemperatur der Batterie muss über 300 °C liegen, damit die Elektroden geschmolzen bleiben. Ein wichtiger Aspekt der chinesischen Energiespeicherindustrie ist die Brennstoffzelle: Die Wasserstoff-Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie von Wasserstoff direkt in elektrische Energie um. Das Grundprinzip besteht darin, dass Wasserstoff in die Anode der Brennstoffzelle eintritt, sich dort unter Einwirkung eines Katalysators in Protonen und Elektronen zersetzt. Die entstehenden Protonen wandern durch die Protonenaustauschmembran zur Kathode der Brennstoffzelle und verbinden sich dort mit Sauerstoff zu Wasser. Die Elektronen gelangen über einen externen Stromkreis zur Kathode und bilden einen Strom. Im Wesentlichen handelt es sich um ein elektrochemisches Reaktionskraftwerk. Der Markt für Energiespeicher hat sich weltweit verdoppelt, und Lithium-Ionen-Batterien sind nach wie vor die gängigste Form der Energiespeicherung. Sie zeichnen sich durch hohe Energiedichte, hohe Umwandlungseffizienz und schnelle Reaktionszeiten aus und stellen derzeit, abgesehen von Pumpspeicherkraftwerken, den größten Anteil der installierten Kapazität dar. Dies geht aus dem Weißbuch zur Entwicklung der chinesischen Lithium-Ionen-Batterieindustrie (2022) hervor, das von EVTank und dem Ivy Institute of Economics gemeinsam veröffentlicht wurde. Laut den Daten des Weißbuchs werden die weltweiten Lieferungen von Lithium-Ionen-Batterien im Jahr 2021 562,4 GWh betragen, ein deutlicher Anstieg von 91 % gegenüber dem Vorjahr. Ihr Anteil an den weltweiten Neuinstallationen von Energiespeichern wird ebenfalls über 90 % liegen. Obwohl andere Energiespeicherformen wie Vanadium-Redox-Flow-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien und Druckluftspeicher in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen haben, bieten Lithium-Ionen-Batterien weiterhin große Vorteile hinsichtlich Leistung, Kosten und Industrialisierung. Kurz- und mittelfristig werden Lithium-Ionen-Batterien die weltweit wichtigste Energiespeicherform sein, und ihr Anteil an den Neuinstallationen von Energiespeichern wird weiterhin hoch bleiben.

Longrun-energy konzentriert sich auf den Bereich der Energiespeicherung und integriert die Servicebasis der Energielieferkette, um Energiespeicherlösungen für private Haushalte sowie industrielle und gewerbliche Szenarien anzubieten. Dazu gehören Design, Montageschulungen, Marktlösungen, Kostenkontrolle, Management, Betrieb und Wartung usw. Durch die langjährige Zusammenarbeit mit namhaften Batterie- und Wechselrichterherstellern haben wir Technologie- und Entwicklungserfahrung gebündelt, um eine integrierte Servicebasis für die Lieferkette aufzubauen.