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Elektrochemische Stromspeicher

Elektrochemische Stromspeicher

Die bekanntesten elektrochemischen Speichersysteme sind Akkumulatoren (oder Batterien) und neuerdings spielen Systeme, die elektrische Energie in Methangas umwandeln oder auf Wasserstoff aufbauen zunehmend eine wichtigere Rolle. Der Prozess der elektrochemischen Speicherung ist das Speichern von Überschussstrom in chemischer Form in Akkumulatoren – diese werden quasi mit Energie "beladen". Wenn die Energie dann benötigt wird, muss die chemische Energie wieder umgewandelt werden in elektrische Energie. Dieser Prozee ist dann die Entladung. Diese beiden Prozesse die benötigt werden, verbrauchen ihrerseits also wiederherum Energie, wodurch eine Differenz zwischen dem produzierten, dann gespeicherten und dann erst genutzten Strom entsteht. Während diese Differenz bei anderen Speichersystemen sehr hoch ist, wird sie in elektrochemischen Speichern recht gering gehalten. Problem dieser Speichermethode ist vielmehr die Lebensdauer und Kapazität der Akkumulatoren.

Bestandteile elektrochemischer Speicher

Handelsübliche Batterien sind wohl die bekanntesten elektrochemischen Speichersysteme. Obwohl sie alltäglich zum Einsatz kommen, weiß kaum einer, wie sie funktionieren. Im Fall der elektrochemischen Speichersysteme bedürfen alle Speichersysteme folgende Bestandsteile:

  • eine positive Elektrode
  • eine negative Elektrode
  • Elektrolyt

Dabei muss die positive Elektrode aus oxidierenden Metallen, Oxiden oder Salzen bestehen. Dieser positiv geladenen Elektrode steht dann die negative Elektrode – oft in Form von Metallelektroden – gegenüber. Beide brauchen das sie umgebende Elektrolyt. Elektrolyt ist dabei entweder Wasser mit sogenannten Leitsalzen oder ein ebenso mit Leitsalzen versehenes organisches Lösungsmittel. Seltener finden auch andere Ionenleiter Einsatz. In einem chemischen Prozess entsteht durch die unterschiedlichen Ladungen schließlich die Möglichkeit Energie zu speichern.

Verschiedene elektrochemische Speichersysteme

Alle elektrochemischen Speicher verbindet zwar der Speicherprozess und bestimmte Bestandteile, doch unterscheiden sie sich natürlich in ihrer Beschaffenheit. Zunächst ist zwischen internen und externen Speichern zu unterscheiden. Zu den externen Speichern zählen die Redox-Flow-Batterien. Diese arbeiten dabei entweder mit Vanadium oder mit Polysulfid/Bromid. Diese haben auf der einen Seite den Vorteil eine lange Lebenszeit zu haben, sind jedoch auf der anderen Seite zum einen sehr teuer und weisen darüber hinaus eine nur geringe Energiedichte auf. Die internen Speichersysteme lassen sich noch weiter in Niedrigtemperatur-Batterien und Hochtemperatur-Batterien unterscheiden. Zu den Niedrigtemperatur-Batterien die marktreif ausgearbeitet sind, zählen die Blei-Säure/Blei-Gel-Batterien, wie auch die Lithium-Ionen-Akkus, welche ihrerseits wiederherum entweder auf Lithium-Cobaltoxid, Lithium-Plymer, Lithium-Eisen-Phosphat oder Litihium-Titanat arbeiten. Vorteil der Blei-Säure-Akkumulatoren ist, dass sie besonders kostengünstig sind, jedoch nur schlechte Speichereigenschaften aufweisen, da sie zum einen lange Ladezeiten in Anspruch nehmen und darüber hinaus sehr "empfindlich" sind (Temperaturempfindlich/Gefahrenstoff). Blei-Gel-Akkumulatoren wären hier noch eine Alternative, da sie einfacher und gefahrenloser zu Warten sind. Zu den Hochtemperatur-Batterien zählen Natrium-Nickel-Chlorid Kombinationen ebenso wie Natrium-Schwefel-Batterien. Diese Technik ist jedoch nicht martkreif, daher nicht im Einsatz und bedarf demnach weiterer Forschungen.

Elektrochemische Speicher der Zukunft?

Derzeit wird viel Forschungszeit in die Wasserstoffelektrolyse und der daraus folgenden Nutzung von Methan gesteckt. Dabei wird durch die Elektrolyse von Wasser, Wasserstoff produziert, welcher wiederherum synthetisches Methan herstellt, welches über das Erdgasnetz zum Gaskunden gelangen könnte. Hier herrscht jedoch noch immenser Forschungsbedarf um Wirkungsgrad und Speicherkapazität zu verbessern. Ebenso ist Wasserstoff aufgrund seines Reaktionsrisikos mit Luft ein Gefahrenstoff (Luft-Wasserstoff-Gemisch wird zu dem leicht entzündlichen Knallgas).

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