Lithium-Ionen-Batterien und Energiespeicherung im Stromnetz
Die Lithium-Ionen-Batterie, auch bekannt als Li-Ion-Batterie, ist eine Art sekundärer (wiederaufladbarer) Batterie, die aus Zellen besteht, in denen Lithiumionen während der Entladung durch einen Elektrolyten von der Anode zur Kathode und beim Laden zurück bewegt werden. Lithium-Ionen-Batterien bieten mehrere spezifische Vorteile. Die wichtigsten Vorteile sind ihre hohe Zellspannung, hohe Energiedichte und kein Memory-Effekt. Sie werden in vielen Laptop-Akkus, kabellosen Elektrowerkzeugen, bestimmten Elektroautos, elektrischen Tretrollern, den meisten E-Bikes, tragbaren Powerbanks und LED-Taschenlampen verwendet. Die Gesamtreaktion während der Entladung ist: C6Li + CoO2 ⇄ C6 + LiCoO2.
Energiespeicherung im Stromnetz durch Lithium-Ionen-Batterien
Ein Batteriespeicherkraftwerk ist eine Art von Energiespeicherstation, die eine Gruppe von Batterien zur Speicherung elektrischer Energie verwendet. Batteriespeicher ist die am schnellsten reagierende, abrufbare Energiequelle in Stromnetzen und wird zur Stabilisierung von Netzen eingesetzt, da Batteriespeicher innerhalb von Millisekunden von Standby auf Volllast umschalten können, um mit Netzwerkausfällen umzugehen. Bei voller Nennleistung sind Batteriespeicherkraftwerke in der Regel so ausgelegt, dass sie für einige Stunden Energie abgeben können. Lithium-Ionen (Li-I) Batterien sind der am häufigsten verwendete Typ wiederaufladbarer Batterien.
Natrium-Ionen-Batterien sind eine günstige und nachhaltige Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, da Natrium wesentlich häufiger vorkommt und billiger als Lithium ist, aber eine geringere Leistungsdichte aufweist. Sie befinden sich jedoch noch in den Anfangsstadien ihrer Entwicklung. Blei-Säure-Batterien zusammen mit den unten aufgeführten Nickel-Cadmium-Batterien gehören zu den ältesten, bekanntesten und am weitesten verbreiteten Batterien. Obwohl Li-Ion-Batterien langsam aus einigen Anwendungen verdrängt werden, gibt es Bereiche, in denen Blei- und Alkalibatterien unersetzbar sind. Im Vergleich zu Li-Ion-Batterien zeichnen sie sich insbesondere durch Widerstandsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen, Sicherheit und Preis aus.
Potenzial für Netzspeicherung und Herausforderungen
Lithium-Ionen-Batterien werden auch häufig als potenzielle Option für die Energiespeicherung im Stromnetz diskutiert, obwohl sie noch nicht kostengünstig im großen Maßstab sind. Lithium-Batterien zeigen das größte Marktwachstum aller anderen Batterien und haben erfolgreich konkurrierende Systeme verdrängt. Lithium-Sekundärbatterien (Lithium-Ionen-Batterien) ermöglichen mehrere reversible Umwandlungen von chemischer in elektrische Energie, sodass diese Batterien häufig verwendet werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien weisen Lithium-Ionen-Batterien keinen Memory-Effekt auf (Verlust der Kapazität durch nicht vollständiges Laden/Entladen) und erreichen eine hohe Effizienz von bis zu 95% (Verhältnis von Entladung zu Ladungsmenge).
Das Problem bei diesen Batterien ist ihre Lebensdauer, die in der Regel als Anzahl der vollständigen Lade-Entlade-Zyklen bis zum Erreichen eines Ausfallkriteriums in Bezug auf Kapazitätsverlust oder Impedanzanstieg definiert wird. Nach 500 Zyklen beginnt die Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien zu sinken, und die Kapazität reduziert sich nach 1200-1500 Entladezyklen auf etwa 50%. Eine der größten Li-I-Speicheranlagen der Welt ist die 48 MW, 12 MWh Gyeongsan-Unterstation in Südkorea, die im Januar 2016 in Betrieb genommen wurde.
