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WM AG Newsletter 33/2018 – Silizium als neues Speichermaterial für die Akkus der Zukunft

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Newsletter 33/2018

30. April 2018

 

Silizium als neues Speichermaterial für die Akkus der Zukunft

Sehr geehrte Damen und Herren!

Längere Laufzeiten, größere Reichweiten und kürzere Ladevorgänge – Entwicklungen wie die Elektromobilität oder die Miniaturisierung von Elektronik erfordern neue Speichermaterialien für Akkus.
Mit seiner enormen Speicherkapazität hätte Silizium entscheidende Vorteile gegenüber Materialien in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Doch aufgrund seiner mechanischen Instabilität war es bisher kaum möglich, Silizium für die Speichertechnologie zu nutzen. Ein Forschungsteam vom Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) will in Zusammenarbeit mit der Firma RENA Technologies GmbH Anoden aus 100 Prozent Silizium sowie ein Konzept für ihre industrielle Herstellung entwickeln. Durch gezieltes Strukturieren ihrer Oberfläche auf Mikroebene kann das Team das Speicherpotenzial von Silizium komplett ausschöpfen. Damit bieten sie einen völlig neuen Ansatz für aufladbare Batterien sowie für die Energiespeicherung von morgen.

Silizium zählt schon lange zu den Hoffnungsträgern für die Elektromobilität, sagt Materialwissenschaftlerin Dr. Sandra Hansen. „Theoretisch ist Silizium das beste Material für Anoden in Akkus. Es kann bis zu zehnmal mehr Energie speichern als Graphit-Anoden in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien.“ Elektroautos könnten damit längere Strecken fahren, Handyakkus länger halten und das Aufladen deutlich schneller funktionieren. Ein weiterer Vorteil des Halbmetalls ist seine unbegrenzte Verfügbarkeit, immerhin besteht herkömmlicher Sand fast ausschließlich aus Siliziumoxid. „Silizium ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element der Erde und damit eine nahezu unbegrenzte, kostengünstige Ressource“, so Hansen weiter.

Doch bisher war die Lebensdauer von Siliziumanoden zu gering, um sie in Akkus einzusetzen. Grund ist die hohe Empfindlichkeit des Materials. Beim Aufladen bewegen sich Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode hin und her. Silizium, als das Material mit der höchsten Energiedichte, nimmt besonders viele Lithium-Ionen auf. Dadurch dehnt es sich um 400 Prozent aus und würde auf Dauer zerbrechen.

Am Kieler Institut für Materialwissenschaft wird seit fast 30 Jahren an Silizium geforscht. Die bisherigen Erkenntnisse sollen – kombiniert mit den Silizium-Erfahrungen von RENA Technologies GmbH aus der Solartechnik – dazu beitragen, Anoden aus 100 Prozent Silizium für Akkus herzustellen. So ließe sich ihr Speicherpotenzial maximal ausschöpfen. Anoden in herkömmlichen, aufladbaren Batterien bestehen bisher gerade einmal aus etwa 10 bis 15 Prozent Silizium. Im vergangenen Jahr startete dazu das gemeinsame Forschungsprojekt „Entwicklung und Charakterisierung von großflächigen, porösen Si-Film-Anoden für Lithium-Schwefel-Silizium-Energiespeichern“ (PorSSi), das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt einer Million Euro gefördert wird (Details siehe unten). Ziel des Projektes ist es, eine leistungsfähige Siliziumbatterie entstehen sowie ein Konzept zu ihrer kostengünstigen, industriellen Herstellung.

„Die Kooperation von CAU und RENA vereint die jahrzehntelangen Erfahrungen der Grundlagenforschung höchst effizient mit der industriellen Prozess- und Anlagenentwicklungs-Expertise“, betont Dr. Holger H. Kühnlein, Senior Vice President Technology der RENA Technologies GmbH. „So bekommen wir Erkenntnisse aus der universitären Grundlagenforschung schnellstmöglich in die industrielle Anwendung“, ergänzt Professor Rainer Adelung, Leiter der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien an der CAU, in der viele der bisherigen Erkenntnisse zu Silizium gewonnen wurden. Adelung: „Das ist wirklicher Innovationstransfer.“

 

Die WM AG bietet Ihnen und Ihren Kunden folgende Möglichkeiten in den Zukunftsmarkt „Erneuerbare Energien“ zu investieren.

AL Energie Effizienz Handels GmbH

Segment: Energieeffizienz, Regelenergie, Energiebedarfsanlagen
Mindestbeteiligung: ab 2.500 Euro
Renditeerwartung; 6,7% p.a.

PV Plus Nachrangdarlehen

Segment: Finanzierung von PV Anlagen
Mindestbeteiligung: ab 500 Euro bis max. 20.000 Euro je Investor
Renditeerwartung;  4% p.a. bei einer Laufzeit von 4 Quartalen

WM Sachwert Fund

Segment: Photovoltaik, Wasserkraft, Windkraft, Energieeffizienz
AIF mit EU Paßporting
Renditeerwartung; 5% - 7% p.a.

WM Neue Energien Sachwert Polizze

Segment: Photovoltaik, Wasserkraft, Windkraft, Energieeffizienz
Mindestbeteiligung: ab 2.500 Euro oder 50 Euro monatlich
Renditeerwartung; 5% - 7% p.a.

 

Erneuerbare Energien günstiger als geplante AKW-Projekte in Osteuropa

Eine rein erneuerbare Stromerzeugung kann bei gleicher Versorgungssicherheit günstiger sein als derzeit geplante Atomkraftwerke in mehreren osteuropäischen EU-Staaten.

Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie des Berliner Analyseinstituts Energy Brainpool im Auftrag des Ökoenergieanbieters Greenpeace Energy. So können die Kosten für flexibel steuerbare Erneuerbaren-Systeme auf bis zu 100 Euro pro Megawattstunde sinken. Aktuelle AKW-Projekte kosten hingegen bis zu 126 Euro pro Megawattstunde. „Der finanzielle Vorsprung der Erneuerbaren wird noch größer, wenn man zusätzliche Kosten für AKW-Störfalle und die noch nicht eingepreiste Lagerung von Atommüll berücksichtigt“, sagt Nils Müller, Vorstand bei Greenpeace Energy.

Polen, Ungarn, die Slowakei und Tschechien planen derzeit den Bau von Atomkraftwerken – Ungarn zum Beispiel mit russischer Reaktortechnik. Sie argumentieren dabei unter anderem mit der Versorgungssicherheit. Die AKW-Projekte in Osteuropa hätten zusammen eine Nettoleistung von 15,6 Gigawatt, was der Leistung aller zwischen 2011 und 2022 abgeschalteten deutschen Atomkraftwerke entspricht. Die neue Studie von Energy Brainpool vergleicht erstmals die Kosten der osteuropäischen AKW-Projekte mit denen eines verlässlich steuerbaren Erneuerbaren-Kraftwerksystems. Dieses besteht aus Windkraft- und Photovoltaik-Anlagen, deren Stromüberschüsse per Elektrolyse in erneuerbaren Wasserstoff umgewandelt werden. Dieses „Windgas“ dient als Speichermedium und kann bei Bedarf – etwa nachts oder bei längeren Windflauten – in teils eigens gebauten Gaskraftwerken wieder in Strom umgewandelt werden.

Ein solches flexibel einsetzbares Ökoenergie-Kraftwerkssystem kann selbst bei derzeit teuren Finanzierungsbedingungen mit geplanten Atomprojekten in Osteuropa konkurrieren: Die Stromgestehungskosten lägen für Polen bei 112 Euro und in Tschechien bei 119 Euro je Megawattstunde. „Arbeiten die vier Staaten zudem enger zusammen, indem sie das entstehende Elektrolysegas je nach Bedarf über das grenzüberschreitende Gasnetz verteilen und verbessern sie etwa über EU-Bürgschaften die derzeit schwierigen Finanzierungsbedingungen, so sinken die Kosten der Erneuerbaren sogar auf bis zu 100 Euro ab“, sagt Fabian Huneke, Studienautor bei Energy Brainpool.

Die Studie zeigt außerdem, dass die offiziell angenommenen Stromgestehungskosten für AKW-Projekte in Polen, der Slowakei, Tschechien und Ungarn von derzeit bis zu 80 Euro je Megawattstunde offenbar zu niedrig angesetzt sind: „Die Planwerte beim Referenzprojekt  Flamanville in Frankreich haben sich bisher mehr als verdoppelt, Hinkley Point C in Großbritannien erhält letztlich mit 119 Euro pro Megawattstunde eine staatlich garantierte Förderung deutlich über Marktpreisen“, so Analyst Huneke. „Warum gerade in den osteuropäischen Staaten Reaktorprojekte bei gleichem Sicherheitsstandard günstiger werden sollten als in Frankreich oder Großbritannien, ist nicht ersichtlich.“

Greenpeace Energy appelliert daher direkt an die Regierungen der vier Staaten, ihre Atompläne auf den Prüfstand zu stellen. „Der Jahrestag von Tschernobyl mahnt, dass Atomkraft ehrlich betrachtet nicht nur immense Kosten, sondern auch unbeherrschbare Risiken beinhaltet“, sagt Nils Müller: „Die Erneuerbaren sind nicht nur sicher, sondern bieten auch eine größere Energieunabhängigkeit, weil keine Brennstoffe importiert werden müssen.“ Zudem bleibe bei dezentralen erneuerbaren Systemen ein größerer Teil der Wertschöpfung im eigenen Land.

Die deutsche Bundesregierung steht nach Ansicht von Müller hier in der Pflicht: „Ein Atomunfall in einem der östlichen Nachbarstaaten hätte auch verheerende Auswirkungen bei uns, und seine wirtschaftlichen Folgen wären nur zu einem Bruchteil versichert“, warnt der Greenpeace-Energy-Vorstand. Nun müsse Berlin endlich aktiv gegen entsprechende Atompläne der Nachbarstaaten vorgehen und die dortigen Regierungen von sauberen und sicheren Alternativen überzeugen.


•    2018-04-20_GPE_Studie_Alternativen-zur-Kernkraft_Visegrad_Final.pdf | Studie von Energy Brainpool zum
      Download (in Deutsch).
•    2018-04_25_ENERGY_BRAINPOOL_Visegrad_Study_2018_April.pdf | Study by Energy Brainpool in English.


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