Der Kongress EAST am 16. und 17. September 2019 befasst sich auch mit unkon­ven­tio­nellen Spei­cher­lö­sungen. Eine davon: Strom mit Keramik speichern. Die preis­ge­krönte Lösung entwi­ckelten Fraunhofer-​Wissenschaftler in Thüringen.

Keramik kennt man im Zusam­menhang mit Strom eher als Isolator. Doch damit lässt sich auch Strom speichern. Kochsalz und Nickel als Gemisch ergeben einen Pol einer Batterie. Der andere Pol wird aus flüssigem Natrium gebildet. Um beide Pole zu trennen, kann man eine neu entwi­ckelte Spezi­al­ke­ramik einsetzen, in der bei Lade- und Entla­de­vor­gängen Natrium-​Ionen wandern können. Zusammen ergibt das eine kera­mische Natri­um­bat­terie. Für einen solchen Strom­speicher erhielten Thüringer Forscher vom Fraunhofer-​Institut für Kera­mische Tech­no­logien und Systeme IKTS in Hermsdorf jüngst den Thüringer Forschungspreis.

Kera­mik­bat­terien sind schon seit gut 50 Jahren bekannt. Ursprünglich wurden sie für Elek­tro­autos entwi­ckelt. Eine größere wirt­schaft­liche Bedeutung erzielten sie bisher nur in Asien. Das ändert sich gerade, denn die Forscher des IKTS entwi­ckelten das Prinzip als Speicher für Strom­netze bis zur Markt­reife. Ihre Batterie, cenergy genannt, vereint gleich mehrere Vorteile. Die Kosten liegen deutlich unter jenen für Batterien auf Lithi­um­basis. Das wiederum senkt die Kosten der Zelle auf 100 Euro je kWh Spei­cher­ka­pa­zität – nur etwa die Hälfte dessen, was für Lithi­um­bat­terien fällig wird.

Die Zellen sind in Großserie herstellbar, wobei auf die regionale Kera­mik­in­dustrie zurück­ge­griffen werden kann. Seltene oder teure Rohstoffe enthält die Batterie nicht – sie kommt ausschließlich mit heimi­schen Grund­stoffen aus – also Salz, Nickel und Additive, Keramik sowie Metall für das Gehäuse. Zudem ist der Batte­rietyp sehr effizient und hat eine hohe Spei­cher­dichte, da er ein einfaches chemi­sches Grund­prinzip ausnutzt.

Durch die Tempe­ratur von etwa 300 °C, die aufrecht­erhalten werden muss, ist die Zelle eher träge. Die Kera­mik­bat­terie kann also gut Last­ver­schie­bungen innerhalb eines Tages auffangen – etwa in Gebäuden, in denen tagsüber mittels eigener Photovoltaik-​Anlage Strom erzeugt und dieser aber auch in den Abend­stunden ohne Produktion genutzt werden soll.

Die größte derzeit verfügbare Zelle hat eine Spannung von 2,3 V, eine Kapazität von 128 Ah, einen Ener­gie­inhalt von 294 Wh und wird im System eine Lebens­dauer von etwa 5.000 Lade­zyklen haben. Natrium-​Batteriespeicher können ein kleines Haus versorgen, lassen sich aber auch modular zu größeren Batterien mit mehreren 100 kWh Kapazität koppeln.

Den Durch­bruch erzielten die Forscher des IKTS, als es ihnen gelang, die Spezi­al­ke­ramik der Batterie – so genanntes beta-​Aluminat – in hoher Geschwin­digkeit mit indus­trie­taug­lichen Verfahren wie Strang­pressen und Foli­en­gießen in kera­mische Form­körper höchster Qualität zu überführen.

Derzeit baut das IKTS sein indus­tri­elles Part­ner­netzwerk für die kommer­zielle Verwertung aus.

Ein Workshop zur EAST, Neue Tech­no­logien, wird sich ausführlich mit der Funk­ti­ons­fä­higkeit und der Zukunfts­fä­higkeit kera­mi­scher Speicher beschäf­tigen. Die IKTS-​Forscher Matthias Schulz, Roland Weidl und Michael Stelter, der die Forschung dazu leitet, werden das Thema „Kera­mische Natrium-​Batterien als kosten­günstige stationäre Strom­speicher mit einhei­mi­scher Wert­schöpfung“ detail­liert betrachten.

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