Lithium oder Salzwasser: Welche Speichertechnologie ist besser?

Einen aussagekräftigen Vergleich von Lithium-Ionen- und alternativen Batterien haben Forschende der HTW Berlin herausgearbeitet.

Sie haben Messergebnisse eines Li-Ionen-Systems von 2018 mit aktuellen Messwerten von Natrium-Ionen-Batterien (=“Salzwasserbatterien”) und Natrium-Nickelchlorid-Systemen (Hochtemparaturbatterien) verglichen, die bei Labortests am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ermittelt worden waren.

Energieeffizienz

Lithium-Ionen-Batterien sind den alternativen Batterietechnologien bei der Energieeffizienz noch deutlich überlegen. Bei der Speicherung geht in den alternativen Systemen deutlich mehr Energie verloren. Die Verluste sind, im Vergleich zur Lithiumtechnik, bei Natrium-Ionen-Batterien um das Fünffache und bei Natrium-Nickelchlorid-Batterien sogar um das Siebenfache höher.

Hohe Speicherverluste reduzieren den Batteriewirkungsgrad. Dieser ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen eingespeichertem und abgegebenem Gleichstrom. Die geringsten Speicherverluste treten bei Lithium-Ionen-Batteriespeichern auf:

• Lithium-Ionen: 96 %
• Natrium-Ionen: 79 %
• Natrium-Nickelchlorid: 71 %

Ursache für den geringen Wirkungsgrad der Natrium-Nickelchlorid-Technologie ist die integrierte Heizung, mit der die Batterie auf ihrer erforderlichen Betriebstemperatur gehalten wird.

Leistungsfähigkeit

Während der gesamten Ladung und Entladung stellen Lithium-Ionen-Batterien fast die volle Leistung zur Verfügung.

Bei Natrium-Ionen-Batterien hingegen nimmt die Leistungsfähigkeit während der Entladung nahezu linear ab. So geben diese bei halber Ladung nur noch 40 % der Maximalleistung ab. Auch bei Natrium-Nickelchlorid-Batterien nimmt die Leistung während des Betriebs ab.

Quelle: Forschungsgruppe Solarspeichersysteme der HTW Berlin

Aufgrund ihrer geringeren Energiedichte sind alternative Batteriesysteme oftmals grösser und schwerer, weshalb der Transport und der Einbau aufwendiger sind und mehr Platz benötigt wird. Technisch von Vorteil ist, dass Salzwasserbatterien problemlos bis auf 0 Volt tiefenentladen werden können. Zudem sind sie weniger kälteempfindlich. Die Minimaltemperatur bei Li-Ionen liegt häufig bei +5 °C, während natriumbasierte Systeme zwischen -10 bis -20 °C aushalten.

Ausblick

Noch sind Lithium-Ionen Batterien aufgrund ihrer technischen Eigenschaften das Mass der Dinge und den alternativen Systemen in vielen Belangen technisch überlegen. Jedoch kann sich dies ändern. Denn an der Lithium-Technologie wurde bereits seit Jahrzehnten intensiv entwickelt und geforscht. An der Weitereintwicklung von Natrium-Ionen-Zellen wird erst seit etwa 10 Jahren intensiver gearbeitet. Entsprechend bestehen deutliche Verbesserungspotenziale.