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Batterietypen: Unterschiede?

Wer kann mir die Unterschiede zwischen unterschiedlichen Batterien erklären?
Dabei geht es besonders um die Punkte Leistung und Lebensdauer, Kosten, Ladezyklen, sowie das Tiefentladungsverhalten:

- Litihium taunat
- Lithium Ionen
- Lithium Mickel Graphit
- Blei
- Blei Gel

Herr E. bei München, 07.07.2017

Photovoltaik Energieberater Elektriker

Eine universitär oder wissenschaftlich sicher interessante Frage. Bei den Antworten wird es mehr Glauben, Ideologie und Nichtwissen oder Halbwissen geben, als bei den Themen Energiewende und Klimawandel. Für den Anwender aber irrelevant. Der braucht eine Technologie, die seine Bedürfnisse und Anforderungen zuverlässig abdeckt.

Zunächst Mal die Korinthen sauber abgelegt: Batterien sind keine Speicher. Sie sind Behälter mit einmaliger Entlademöglichkeit. Korrekterweise müsste es Akkus heißen. wenn man also hinter der Kommastelle herumdiskutiert...

Vorab: Blei und Blei-Gel Akkus arbeiten auf einer Säure-Basis. Genau wie Salzwasser-Akkus. Letztere haben gegenüber Blei-Gel oder Blei den extremen Vorteil dass Sie keinerlei Entsorgungsproblem mit ich bringen, wenn sie abgenutzt sind.

Mit den Blei-Akkus gemein haben Sie eine äußerst geringe Energiedichte. Bedeutet, man braucht eine Unmenge Platz für beide Technologien. verstärkt wird das bei Blei-Technologie auch noch durch die äußerst geringe Entladetiefe (DOD). Das arbeitsfähige Energievolumen (Kapazität) liegt bei 50% der Brutto-Kapazität, wenn man die Lebensdauer möglicht lange erhalten will. Bei Salz-Wasser ist da nicht so, die kann vollständig entladen werden. Leider ist die Salz-Wasser-Technologie aus Marketinggründen sehr teuer ( ca. 900 € / kWh).

Damit sind wir beim eigentlichen und einigen Vorteil der Blei-Technologie: Preis. Der liegt bei 40 € / kWh bis 150 €kWh, je nach Hersteller und Installateur. Der größere Anteil hängt daran, dass es nicht viele Installateure gibt, die diese Technik im Privatbereich installieren können und wollen.

Betrachtet man die Leistung, die diese Technologien zur Verfügung stellen können, ist es ähnlich, Viel Leistung erfordert enorm viel Platz und solide Schwerlastfundamente. Für Privatleute und Gewerbe bis Mittelstand vollkommen uninteressant. Wer baut sich eine Lagerhalle ans Wohnhaus?

Diesen Technologien eigen: Die Akkus sind nicht aus Zellen aufgebaut, sondern aus relativ großen Blöcken. wer ins Auto schaut, weiß dass er 12 V Spannung nur aus einem ziemlichen Brocken von Batterie heraus geliefert bekommt.

Für große Leitungen und hohe Kapazitäten im stationären Bereich empfiehlt sich Redox-Flow-Technik, auf die ich hier nicht eingehen will. Alternativ Natrium-Schwefel.

Li-Ion ist keine spezielle Technologie, sondern eine gesamte Akku-Familie. Die einzelnen Bezeichnungen beziehen sich auf die Zell-Chemie: Lithium in Verbindung mit Titan, Mangan, Kobalt oder z. B. Eisenphosphat. Gemeinsam mit allen, dass Lithium eine vergleichsweise hohe Zellspannung auf kleinem Raum liefert. Damit kann man durch passende Aggregation der Zellen mit wenig Material bereits anständige und nutzbare Spannungen aufbauen.

Li-Ion Technologie ist seit Anfang der 70 Jahre gängige Technik bei verschiedenen Anwendungen.

Der erste Tesla (Roadster) und das aktuelle Model S der ersten Generationen hat seine Leistungen nur durch die kluge Verschaltung von Zellen eines seit mittlerweile 25 Jahren verwendeten Typs erreichen können. Diese Zellen sind mittlerweile durch Weiterentwicklungen ersetzt. Ebenso weiterentwickelt wurden einzelne Komponenten zur Messung und Überwachung. Heute noch von realer Feuergefahr zu sprechen ist in etwa so, als würde man vom Autofahren abraten. Wobei dabei das Unfallrisiko um den Faktor 1.000 höher ist.

Ich würde mich allerdings nach wie vor keinem "Black-Box" Hersteller ausliefern, der mir ein fertiges Produkt mit großem Markennamen und ohne offene Zugangsmöglichkeiten und offenen Schnittstellen andrehen will und dabei nur auf eine großen Namen setzt. Mit anderen Worten: Kein Deutscher Hersteller hat eine Kompetenz, die die der chinesischen Hersteller übertrifft. Die kaufen alle dort ihre Komponenten und Ingredienzien ein.

Für stationäre Anwendungen empfiehlt sich derzeit Li-Fe-Po-Technik, die kein bisschen feuergefährlich ist. Dieses älteste Kind der Familie ist robust, lässt bis zu 20.000 Zyklen und mehr zu, ist das schwerste Kind in der Familie mit etwas weniger Energiedichte und bietet aktuell das beste Preis-Leistungsverhältnis. LiFePo mag keine tiefen Temperaturen. Deshalb wird Sie geschützt aufgestellt und nur an Orten die nicht unter den Gefrierpunkt fallen.
Allerdings zerlegt es Blei-Akkus auch bei Frost. Nicht sofort, aber nach ein paar wintern sicher. Kennt jeder Autofahrer.

Hier in Germanien werden LiFePo als stationäre Speicher gesehen, nicht geeignet für Mobilitätsanwendungen. Ungeachtet dieser einhelligen Meinung - Meinung ist nicht da gleiche wie faktisch untermauertes Wissen - baut der chinesische Hersteller BYD bereits seit zwei Jahren ein SUV, den BYD 6, mit LiFePo-Akku und 400 Kilometer Reichweite. Dieses Fahrzeug ist aktuell mit dem NISSAN LEAF das meist gebaute Elektrofahrzeug der Welt (109.000 Stück in 2016), wird den LEAF aber in 2017 weit hinter ich lassen. Hier bei uns kann es als Einzelzulassung erworben werden. Liegt bei ca. 60.000 Euro.

Die Zell-Chemie aller Li-Ion Technik ist ähnlich. Das wichtigste Unterscheidungskriterium mit das Verhältnis von Kapazität (kWh) und Leistung (kW).

Der Physiker und der Techniker benennen die Kapazität eines elektrochemischen Speichers in C (Coulomb), den Energiegehalt indirekt in Ah (Amperestunden), die Energie in J (Joule) und die Leistung in Watt 1.000 Watt = 1 KW = 1,3 PS). Für den wirtschaftlich orientierten Nutzer ist das zu viel nutzlose Information und nur schwer vergleichbar.

Deshalb bürgern sich kW (MW GW) für Leistung und kWh für Energiemenge als Mengenangabe mehr und mehr ein. (Auch wenn sich PS und Kalorien noch immer hartnäckig halten, obwohl sie recht ungenau sind).

Doch zurück zum Gegenstand. LiFePo hat für gewöhnlich ein Verhältnis von ca. 1 kW : 2 kWh oder 1 kW : 4 kWh. Ein LiMnCo Akku kann dagegen durchaus mit 1 kW : 1 kWh oder auch 4 kW : 1 kWh erworben werden.

Bestimmt werden diese Verhältnisse durch die interne Verschaltung und Steuerung der Zellen. Die Konseqeuenzen bei hohen Abweichungen sind hohe Be- und Entladeströme, hohe Beanspruchung der Zellchemie und verminderte Lebensdauer. In anderen Worten: Mit wenig Zyklen relativ schnell kaputt.

Beispiel: Ich fahre einen NISSAN LEAF mit jetzt 100.000 km. Der ist fünf Jahre alt, hat einen Akku mit 24 kWh Kapazität und kann 80 KW Leistung abrufen. 100.000 km bei einem durchschnittlichen Stromverbrauch von 10 kWh / 100 km entspricht jetzt ca. 1.000 Zyklen. In fünf Jahren. Das System gewährt mir mittlerweile nur noch 50% nutzbare Kapazität. Allerdings gibt es für die Elektronik und die Software keine offene Schnittstelle. Das bedeutet, ich weiß nicht, ob die Zellen nachlassen oder ob die Software einfach nur aus Sicherheitsgründen abregelt. Die nutzbare Kapazität des Akkus liegt ohnehin bei 80% der Brutto-Kapazität. Mehr lässt die Software nicht zu.

TESLA gibt auf seine LI-Ion Akku im Fahrzeug 8 Jahre Garantie.

Alles in allem: Unter dem Strich kommt es aber immer zu allererst auf die beabsichtigte Nutzung an, wenn man einen Speicher haben will. Dann auf den verfügbaren Platz. Blei-Speicher sind seit Jahrzehnten gängige Technik. Nur weiß niemand was davon. Es gibt dazu keine öffentliche Wahrnehmung.

Gegen modernere Technologien spricht technisch überhaupt nichts. Man benötigt ein zugängliches, auch für den Kunden offenes, transparentes Produkt, den richtigen Berater (keinen der üblichen Verkäufer, die in Haus kommen) und kein "Markenprodukt".

Der Herstellungspreis bei TESLA Liegt inzwischen übrigens bei unter 100 USD / kWh. Am Markt fallen die Endpreise derzeit stark und werden im nächsten Jahr unter 1000 € / kWh für den Endverbraucher liegen. Und dann langsam weiter fallen. Entsorgungsprobleme werden nicht auftreten, da die Knappheit bei Lithium auch die Hersteller stationärer Systeme dazu zwingen wird, die Systeme nicht mehr zu verkaufen, sondern nur zur Nutzung zu überlassen. Bei der Elektromobilität gehen einige Hersteller bereits so vor.

Diese Konstellation kann nur durch neue Technologien wie die Magnesium-Technik gebrochen werden. Allerdings hat Li-Ion noch immer ein technisch nicht erschlossenes Steigerungspotential von ca. 300 %. Zudem werden Li-Ion Techniken in absehbarer zeit nicht mehr für Großspeicher eingesetzt werden, wie es Elon Musk derzeit in Australien macht.

Dafür hat ein pfiffiges Team an der Uni Jena eine neue Redox-Flow-Technik entwickelt, die gerade in einem Kavernenspeicher in Ostfriesland umgesetzt wird. Und diese Technik ist preiswert genug,um auch die umstrittenen Stromtrassen überflüssig zu machen.

Fazit: Kosten vergleichen Rentabilität abschätzen und dann einen versierten Berater suchen.

2 Hilfreiche Antwort
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Lithium Akkus sind mehr oder weniger feuergefährlich, nicht zu recyceln, temperaturempfindlich, teuer. Die Lebensdauer ist unter Laborbedingungen getestet, aber noch nicht nachweislich im Feld, dazu sind die Battereispeicher noch zu jung.

Blei ist temperaturunempfindlich, etablierte Technik, Lebensdauer ca 10 Jahre oder länger, brennt nicht, Blei-Kalzium gast nicht aus, wird mit 10 Jahre Garantie vergeben (Powerball-Systemss AG), Akkutausch für 13 kWh kostet ca 1000 Euro, ist 100 % recycelbar in etabliertem Verfahren, Speicher sind erweiterebar, auch nach Jahren (Powerball Systems AG), skalierbar von 3,5 bis 1000 kWh, auch nach Jahren (Powerball Systems AG).

Entscheidung muss jeder selbst treffen, ich halte Bleispeicherfür die beste Lösung. Von LiIo würde ich persönlich die Finger lassen - auch wenn das in Deutschland gerade nicht en Vogue ist.

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