Freitag, 17. Januar 2020

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Elektrochemische Stromspeicher

Die bekanntesten elektrochemischen Speichersysteme sind Akkumulatoren (oder Batterien). Neuerdings spielen auch Systeme, die elektrische Energie in Methangas umwandeln oder auf Wasserstoff aufbauen, eine zunehmend wichtige Rolle. Der Prozess der elektrochemischen Speicherung bedeutet das Speichern von Überschussstrom in chemischer Form in Akkumulatoren - die "Beladung". Wenn die Energie benötigt wird, muss die chemische wieder in elektrische Energie umgewandelt werden - die "Entladung". Beide Prozesse verbrauchen ihrerseits ebenfalls Energie, wodurch eine Differenz zwischen dem produzierten, dann gespeicherten und schließlich 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

Alle elektrochemischen Speichersysteme bedürfen folgender Bestandsteile:

  • eine positive Elektrode
  • eine negative Elektrode
  • Elektrolyt

Dabei muss die positive Elektrode aus oxidierenden Metallen, Oxiden oder Salzen bestehen. Dem steht die negative Elektrode, oft in Form von Metallelektroden, gegenüber. Beide brauchen das sie umgebende Elektrolyt - 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 werden zwar vom Speicherprozess und bestimmten Bestandteilen geeint, doch unterscheiden sie sich in ihrer Beschaffenheit. Zunächst ist zwischen internen und externen Speichern zu unterscheiden. Zu den externen Speichern zählen die Redox-Flow-Batterien, die entweder mit Vanadium oder mit Polysulfid/Bromid arbeiten. Sie haben den Vorteil einer langeb Lebenszeit, sind jedoch sehr teuer und weisen eine nur geringe Energiedichte auf. Die internen Speichersysteme lassen sich 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 entweder auf Lithium-Cobaltoxid, Lithium-Plymer, Lithium-Eisen-Phosphat oder Litihium-Titanat basieren. Blei-Säure-Akkumulatoren sind besonders kostengünstig, weisen jedoch vergleichsweise schlechte Speichereigenschaften auf. Blei-Gel-Akkumulatoren sind demgegenüber einfacher und gefahrenloser. Zu den Hochtemperatur-Batterien zählen Natrium-Nickel-Chlorid-Kombinationen sowie Natrium-Schwefel-Batterien. Diese Technik ist jedoch noch nicht martkreif und bedarf daher weiterer Forschung.

Elektrochemische Speicher der Zukunft?

Derzeit wird die Erforschung und Entwicklung der Wasserstoffelektrolyse und der daraus folgenden Nutzung von Methan vorangetrieben. Dabei wird durch die Elektrolyse von Wasser Wasserstoff produziert, welcher synthetisches Methan liefert, das im Erdgasnetz gespeichert werden könnte. Wirkungsgrad und Speicherkapazität dieser Methode müssen allerdings noch verbessert werden.

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