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Forscher haben eine Batterie ohne Lithium entwickelt, die die Stromnetze sicherer und nachhaltiger machen könnte. Aluminium und Graphit sorgen als Hauptbestandteile für günstige und verfügbare Materialien.
Forscher des Fraunhofer Instituts haben einen vollständigen Batteriesystem-Demonstrator auf Basis von Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterien (AGDIB) entwickelt. Er soll die Stabilität einer neuen Batteriezellchemie nicht nur im Labor, sondern auch in einem realistischeren Szenario unter Beweis stellen.
Die wiederaufladbaren AGDIB-Zellen gelten als sichere, kostengünstige und zukunftssichere Lithium-Alternative für Hochleistungsanwendungen wie die dynamische Netzstabilisierung. Der Vorteil liegt darin, dass die aktiven Materialien Aluminium und Graphit günstig und in großer Menge verfügbar sind.
Ohne Lithium: Aluminium-Graphit-Batterie für Netzstabilität
Die AGDIB ist ein Hochleistungsspeicher, den Netzbetreiber in sehr kurzer Zeit mit hohen Raten laden und entladen können. Damit eignet sich die Batterie ideal für Anwendungen wie die dynamische Netzstabilisierung. In diesem Bereich kommen Akkus zum Einsatz, die Frequenzschwankungen mit vielen Mikrozirkulationen mit geringem Energiegehalt ausgleichen.
Das begünstigt eine hohe Leistungsfähigkeit. Im Gegensatz zu vielen etablierten Batteriesystemen ermöglicht die AGDIB sehr hohe Entladeraten und auch hohe Laderaten, was für Netzanwendungen wie die Bereitstellung von virtueller Trägheit erforderlich ist.
Die Entwicklung der Forscher konzentrierte sich auf die gesamte Wertschöpfungskette. Diese reicht von einer nachhaltigen, Lithium-freien Zellchemie über die Integration eines drahtlosen Batteriemanagementsystems (BMS) bis hin zu Überlegungen zur Recyclingfähigkeit.
Technologie und Aufbau des Systems
Das Testsystem besteht aus acht Batterie-Zellen, die wie Päckchen aussehen (AGDIB-Pouch-Zellen). Diese Zellen sind so miteinander verbunden, dass sie einen Akku-Block bilden (genannt Batteriemodul), der in einer bestimmten Anordnung verschaltet ist.
Damit der Akku sicher und effizient arbeitet, gibt es ein Steuersystem. Ein kleiner Teil davon ist drahtlos per Funk mit der Hauptsteuerung verbunden und kann so sicher mit ihm kommunizieren. Zusätzlich nutzt der Prototyp eine sehr moderne Technik, um den Strom genau zu messen: Einen Quantensensor, der Diamanten als Basis hat.
Da dieser Sensor unglaublich empfindlich ist, kann er sowohl winzige als auch enorme Stromschwankungen extrem präzise erfassen. Sein Messbereich ist riesig und deckt fünf sogenannte Größenordnungen ab. Das bedeutet, er sieht winzige Details und gleichzeitig die großen Spitzen.
Auch die Recyclingfähigkeit der Zellen und Module wurde berücksichtigt: Die Zell-Recyclingfähigkeit wurde durch ein physikalisches Trennverfahren bewertet, das giftige Chemikalien vermeidet.
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