Li-Ion-Akkumulator

Relevante Energieformen

Endenergieform:

Elektrische Energie

Kurzbeschreibung

An den Elektroden herrscht eine Potentialdifferenz. Die Li-Ionen können (elektrochemischer Prozess) durch das Elektrolyt wandern. Beim Entladen findet an den Elektroden eine Stoffänderung statt und der elektr. Strom wird freigesetzt. Redoxreaktion:

Li_1-xMn₂O₄ | Li_xC_n > LiMn₂O₄ | C_n

Funktionsskizze

Berechnung des Umwandlungswirkungsgrades, typische Werte

Der Wirkungsgrad wird durch Umgebungstemperatur beeinflusst.

Betriebs-Charakteristika

Verluste in Folge des Memoryeffekts und dessen Ausprägung selbst ist abhängig von der Anzahl der Ladezyklen und der durchschnittlichen Entladung.

Energetische Kennwerte

Bauart	Pouch-Zelle	Prismatische Zelle	Rundzelle
Verfügbare Leistungsstufen/-klassen (Entladestrom C bei Zellspannung)	1–50 C	1–50 C	1–50 C
Verfügbare Kapazitäten (kWh)	0,3–6 Ah	0,3–6 Ah	0,3–6 Ah
Volumetrische Speicherdichte	100–500 Wh/L	100–500 Wh/L	100–500 Wh/L
Gravimetrische Speicherdichte	bis 100 Wh/kg	bis 100 Wh/kg	bis 100 Wh/kg
Typische Verlustleistungen in Abhängigkeit der Kapazität	Abhängigkeit vernachlässigbar	Abhängigkeit vernachlässigbar	Abhängigkeit vernachlässigbar
Typische Verlustleistungen in Abhängigkeit des Ladezustandes	ja	ja	ja
Weitere energetische Kennwerte	Anzahl der Ladezyklen in Abhängigkeit des Entladungszustands

Wirtschaftliche Kennwerte

Bauart	Pouch-Zelle	Prismatische Zelle	Rundzelle
Nutzenergiekosten/kWh	0,09–0,6 € abhängig von der Zellchemie	0,09–0,6 € abhängig von der Zellchemie	0,09–0,6 € abhängig von der Zellchemie
Investkosten/kW	400–1.300 €/kWh	400–1.300 €/kWh	400–1.300 €/kWh
Typische Lebensdauer in Jahren	Kapazitätsverlust und Lebensdauer abhängig von der Anzahl der Ladetzyklen	Kapazitätsverlust und Lebensdauer abhängig von der Anzahl der Ladetzyklen	Kapazitätsverlust und Lebensdauer abhängig von der Anzahl der Ladetzyklen

Technologische Kennwerte

Bauart	Pouch-Zelle	Prismatische Zelle	Rundzelle
Negative Aspekte der Ökobilanz (alle Lebensphasen)	drei der oben genannten Aspekte	drei der oben genannten Aspekte	drei der oben genannten Aspekte
Gefährdungspotential (niedrige Drücke und Temperaturen, keine giftigen oder explosiven Stoffe)	hohes Gefährdungspotential	hohes Gefährdungspotential	hohes Gefährdungspotential
Systemkomplexität	viele Bauelemente/technisch komplex zusätzlich nur mit hohem Systemverständnis zu bedienen	viele Bauelemente/technisch komplex zusätzlich nur mit hohem Systemverständnis zu bedienen	viele Bauelemente/technisch komplex zusätzlich nur mit hohem Systemverständnis zu bedienen

Subjektive Technologie-Portfolio-Analyse

Technologieattratktivität	Industrielle Umsetzbarkeit	Umsetzbarkeit	Ist es technisch denkbar, diese Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität einzusetzen? (Grün = Ja, Gelb = Ggf., Rot =Nein)
		Komplexität	Wie komplex wäre der Einsatz dieser Technologie zur Bereitstellung von Energieflexibilität? (Grün = einfach, Gelb = eher komplex, Rot = sehr komplex oder nicht möglich)
		Anwendbarkeit bei Industriepartnern	Wäre eine Flexibilisierung solcher Anlagen bei Industriepartnern direkt möglich? (Grün = Ja, Gelb=Nur mit größeren Umbaumaßnahmen, Rot = Nein)
	Einsatzhäufigkeit und Verbreitung	Verbreitung in Deutschland	Wie ist der Verbreitungsgrad der Technologie in Deutschland einzuschätzen? (Grün = hoch, Gelb = mittel, Grün = niedrig)
	Umrüstaufwand und Integration	Technology Readiness Level	Wie weit ist die Technologie entwickelt? (Grün = TRL 7-9 Gelb = TRL 4-6, Rot = 1-3)
	Umrüstaufwand und Integration	Umrüstaufwand zur nachträglichen Integration	Wie wird der Aufwand zur Befähigung der Anlage eingeschätzt? (Grün = niedrig ,Gelb = mittel, Grün = noch)
Ressourcenstärke	Übertragbarkeit	Übertragbarkeit	Wie gut lässt sich eine Lösung zur Flexibilisierung dieser Anlage auf andere Anlagen übertragen? (Grün = Technologien sind immer ähnlich aufgebaut, Lösungen sind also übertragbar, Gelb = Keine Aussage möglich, Rot = Sehr Prozessspezifisch bzw. standortspezifisch)
	Wirtschaftlichkeit	Spezifische Speicherkosten	Wie hoch sind die spezifischen Speicherkosten (Grün = niedrig , Gelb = mittel, Rot = hoch)
		Spezifische Platzbedarf	Wie groß ist die volumetrische Speicherdichte (Grün = Hoch, Gelb = Mittel, Rot = Niedrig)
		Speicherverluste	Wie groß ist die Verlustleistung über die Zeit? (Standverluste, Grün = Langzeitspeicher Gelb = Stundenspeicher, Rot = Kurzzeitspeicher)

Zusammenfassung genereller Vor- und Nachteile

Vorteile

Höhere Energiedichte als herkömmliche Bleiakkumulatoren
gering ausgeprägter Memory-Effekt

Nachteile

Alterung der Zellchemie

Anwendungsbeispiele

Stationäre Batteriespeichersysteme oder Batteriespeichersysteme für Fahrzeuge, die aus Li-Ionen-Zellen aufgebaut sind.

Literaturverzeichnis

Förderprogramm IKT für Elektromobilität II: Smart Car – Smart Grid – Smart Traffic. Grundlagen, Bewertungskriterien, Gesetze und Normen.
VDE Verband der Elektrotechnik, Elektronik Informationstechnik e. V. (Hg.) (2015): Kompendium: Li-Ionen-Batterien im BMWi.