Energiespeicher – Akkumulatoren für mobile Anwendungen

Akkumulatoren als Energiespeicher sind für die Wettbewerbsfähigkeit der Elektromobilität gegenüber Verkehrsmitteln für Verbrennungsmotoren das Zünglein an der Waage.
Aber auch in vielen anderen wichtigen Branchen stellt sich die Entwicklung von effizienten Akkumulatoren als überaus wichtiger Fortschrittsfaktor heraus.
Die ständig steigende Nachfrage nach speicherbarer, im Idealfall grüner Energie, verlangt nach immer besseren Lösungen und sorgt für eine vergleichsweise hohe Entwicklungsrate im Industriesegment der Energiespeicher.

Moderne Energiespeicher – die Technik von Akkumulatoren

  • Als Akkumulator oder Akku bezeichnet man einen wiederaufladbaren elektrochemischen Speicher von Energie.

    Das Prinzip ist grundsätzlich einfach: Beim Aufladen wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Diese wird, sobald der Verbraucher angeschlossen und aktiviert wurde, wieder in elektrische Energie umgewandelt.

    Die Tücken liegen hierbei im Detail: Die Optimierung von Energiedichte, Wirkungsgrad und Nennspannung sind die entscheidenden Herausforderungen der Hersteller dieser Technologie.

  • Akku aufladen

Effizienz von Energiespeichern

  • Die Energiedichte ist beispielsweise für den Einsatz in Smartphones entscheidend. Auf möglichst geringem Raum und bei möglichst geringem Gewicht muss hier möglichst viel Energie für die immer leistungsstärkeren Geräte gespeichert werden.
    Von einem hohen Wirkungsgrad spricht man, wenn beim Entladen möglichst wenig Energie ungenutzt vergeudet wird, beispielsweise durch Wärmestrahlung.
    Der Akku soll zudem möglichst viel Energie innerhalb möglichst kurzer Zeit laden können, während er über möglichst viele Ladezyklen eine gleichwertige Leistung erzielt – und das alles zu einem möglichst günstigen Preis. Dafür entscheidend sind nicht zuletzt die eingesetzten Materialien.

  • Effizienz von Energiespeichern

Rohstoffe als wichtigster Kostenfaktor

  • Die Akkumulatortypen werden nach den Rohstoffen benannt, aus welchen sie hergestellt werden.
    Zu verbreiteten Typen zählen vor allem unterschiedlichste Varianten von Lithium-Ionen-Akkumulatoren, aber auch solche, die Natrium und Nickel beinhalten.
    Die entsprechende Verfügbarkeit der genutzten Rohstoffe ist ein bedeutender Kosten- und Entwicklungsfaktor für die Energiespeicher.
    Teilweise ist bereits jetzt klar, dass heutzutage vielfach genutzte Rohstoffe die Gesamtnachfrage am Weltmarkt nicht decken werden können.

  • Rohstoffe von Akkumulatoren

Einsatzbereiche von Akkumulatoren

Akkus als mobile Energiespeicher

  • Vor allem der Siegeszug zunächst von Laptops und später insbesondere von Smartphones, Tablets und ähnlichen Geräten, trieb die Nachfrage nach Akkumulatoren im kleineren Maßstab in den letzten Jahrzehnten stetig an.
    Mit Beginn des 21. Jahrhunderts wurde des Zeitalter der Elektromobilität eingeläutet. Seither verzeichnet auch die Nachfrage nach großformatigen Akkumulatoren speziell für die Anforderungen von Elektromotoren, sogenannte Traktionsbatterien, Jahr für Jahr dramatische Steigerungen. Elektrofahrzeuge benötigen relativ viel Energie um brauchbare Reichweiten zu erzielen.
    Deren Preis, Effizienz und Leistung ist zweifellos der entscheidende Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber Verbrennungsmotoren. Die Energiewende, welche zu keinem geringen Anteil durch den Umstieg des Individualverkehrs auf Elektromobilität erreicht werden soll, ist somit eng mit der technologischen Evolution der Akkumulatoren verknüpft.

  • Elektromobilität - Akku laden

Lokale Energiespeicher – der Akku für zu Hause

  • Auch bei der lokalen Speicherung von grüner Energie erwartet man sich von Akkumulator-Technologien künftig große Fortschritte. Heutzutage ist bereits eine relativ große Anzahl von Haushalten der Industrienationen, aber zunehmend auch von Entwicklungsländern mit Solaranlagen ausgestattet.
    Hauptgrund sind in den Industrieländern tendenziell steigende Energiepreise. In vielen Entwicklungsländern ist die Nutzung von Sonnenenergie aufgrund mangelnder Infrastruktur nicht selten überhaupt die einzige Möglichkeit, Zugang zu elektrischen Strom zu erhalten.
    Um das Ziel, weitgehend energieautarke Gebäude zu bauen, erreichen zu können, muss ein effizienter Weg gefunden werden, Energie zumindest für die Nacht speichern zu können. Entsprechende lokale Energiespeicher bieten sich hierbei als Lösung an. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts ist das Angebot an effizienten Akkumulatoren für Gebäude jedoch noch relativ überschaubar.

  • Solarpanels zum Laden von Akkumulatoren