KERAMIKBASIERTE BATTERIEN ALS STATIONÄRE SPEICHER

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1 KERAMIKBASIERTE BATTERIEN ALS STATIONÄRE SPEICHER Karl Skadell, Dr. Matthias Schulz, Prof. Michael Stelter, u.v.a.m

2 GLIEDERUNG Vorstellung des Fraunhofer IKTS Business Case Hochtemperatur-Batterien Technologie Entwicklung - Cerenergy und Ausblick

3 GLIEDERUNG Vorstellung des Fraunhofer IKTS Business Case Hochtemperatur-Batterien Technologie Entwicklung - Cerenergy und Ausblick

4 Finanzvolumen Vertragsforschung 1. Die Battery Fraunhofer-Gesellschaft electricity storage auf energy einen capacity Blick auf growth einen in Blick stationary applications Anwendungsorientierte Forschung zum unmittelbaren Nutzen für die Wirtschaft und zum Vorteil für die Gesellschaft Rund Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 2,3 Mrd. 2,0 Mrd. Ausbauinvestitionen und Verteidigungsforschung knapp 30% Grundfinanzierung durch Bund und Länder 72 Institute und Forschungseinrichtungen 2017 über 70% Industrieaufträge und öffentlich finanzierte Forschungsprojekte

5 1. Forschungspartner Battery electricity von storage von der der Idee energy Idee bis zum bis capacity zum Produkt growth Produktin stationary applications Idee, Business Case Entwicklungsallianz Forschung und Entwicklung I n n o v a t i o n s p h a s e n Massenfertigung, Produktion Industrieaufgabe Durchführung von FuE-Projekten Begleitung über die gesamte Prozesskette Überführung in den Technikumsmaßstab

6 1. Aktuelle Forschungspartner Battery Forschungsprojekte electricity storage von der energy Idee bis capacity zum growth Produktin stationary applications Luftzerlegung O 2 -Generator Wertstoffrecycling aus Industriewässern Werkstofflösungen für LIBs Hochtemperatur-Sauerstoff-Separation mit mischleitenden keramischen Membranen. Verfahren zur Rückgewinnung von Wasser, Energie und Dünger aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie. Top-Down- und Bottom-Up-Entwicklung neuer Aktivmaterialien. Nanofiltration Verbundmaterialien Hochtemperatur-Energiespeicher Keramische Nanofiltrationsmembranen mit Trenngrenze 200 Da. Metall-Keramik-Verbundfolien mittels papiertechnologischer Verfahren. cerenergy Na/NiCl 2 -Batteriesystem für die stationäre Speicherung.

7 GLIEDERUNG Vorstellung des Fraunhofer IKTS Business Case Hochtemperatur-Batterien Technologie Entwicklung - Cerenergy und Ausblick

8 GWh 1. Battery electricity storage energy capacity growth in stationary applications IRENA REmap Reference case REmap Doubling case % % 181 GWh GWh 45 % Neubau Home Storage PV-Speicher GWh 44 % Nachrüstung Home Storage PV-Speicher Utility-scale Batterien 45 % 12 % 11 % 44 % GWh % 44 % 44 % 44 % Niedrig Hoch Niedrig Hoch 2030 Investitionen von 548 Mrd. US$ in neue Batteriespeicher bis 2050 (Quelle: BNEF)

9 1. Zielpreis für Li-Ion Batteriesysteme als Richtwert für Na/NiCl 2 -Batterien Prognose der Kostenentwicklung Quelle: Renewable and Sustainable Reviews, Vol. 78, Oct. 2017, Pages

10 Lithium 14 Tsd. $/t Preisentwicklung Kobalt 88,5 Tsd. $/t 3. Was passiert auf dem Markt für Hochtemperaturbatterien Kostenexplosion bei wichtigen Rohstoffen Wenige Lithium Produzenten x 2 x 1,6 Wenige Li-Ion Batteriehersteller wichtige Rohstoffe Li-Ion Batterie Kritischen Situationen hinsichtlich der Rohstoffverfügbarkeit bei Lithium, je nach Wachstumsszenario für Li-Ion Batterien. (DERA Rohstoffinformationen) Weltweilte Produktion von Lithium liegt in der Hand von nur 4 Unternehmen. (2015 ca. 91 % der globalen Lithium Produktion) Oligopol der Hersteller für Li-Ion Batteriezellen. 6 Unternehmen haben über 90 % Marktanteil Lieferengpässe bestehen schon heute! Geopolitisch gesehen hängt die Li-Ion Technologie in Europa am Tropf der Zellfertiger aus Fern Ost und diese an den Lithiumvorkommen in Lateinamerika

11 Seconds Minutes Hours Days 2. Identifizierung der Anwendungsbreite Wind Turbine on-shore Wind off-shore Chemical Storage Residential Medium PV Farm H2 Power to Gas Power to Liquid Electrochemical Storage (Thermo-) Mechanical Storage Percent Sales Breakdown by Battery Chemistries, 2016 VRB ZnBr Redox-Flow-Batteries NaS Batterien Na/NiCl 2 -Batterie Power to Heat (to Power) CAES Pumped Hydro Time Shift / Energy Management Electrochemical Batteries Li-Ion Lead Acid Bridging Power Lead Acid Batteries 59,8 % CAES: Compressed Air Energy Storage H2: Hydrogen (Electrolysis) Power Quality Frost&Sullivan: Global Industrial Battery Market, 2018) 1 kw 10 kw 100 kw 1 MW 10 MW 100 MW MW

12 3. Batteriespeichermarkt - welcher Energiespeicher? Hoch interessante Batterietypen als Konkurrent zur Lithium-Ionen Batterie Li-Ionen Blei-Säure VRB Na/NiCl 2 Wirkungsgrad Entladetiefe Lebensdauer Zyklenzahl Sicherheit Kosten* $/kwh $/kwh $/kwh > < $/kwh K.O.-Kriterium Neues Zelldesign mit 100 Ah Prognose: kaum Kostenreduktion Quellen: * IRENA energy installation cost

13 GLIEDERUNG Vorstellung des Fraunhofer IKTS Business Case Hochtemperatur-Batterien Technologie Entwicklung - Cerenergy und Ausblick

14 Ausgangspunkt Labor-Messzelle

15 Definierte Projektziele 3. Batteriespeichermarkt - welcher Energiespeicher? Stromsammler Verschluß Keramischer Festelektrolyt Zellgehäuse Kathode: Kochsalz Nickel Additive Die Natrium/Nickelchlorid Hochtemperaturbatterie. Betriebstemperatur: 250 C C Zellreaktion: Ni + 2NaCl charge discharge NiCl 2 + 2Na

16 1. Entwicklung Pulv er Ziel: Na-ß-Aluminat-Pulver verarbeitbar 16 Mai 2017

17 1. Entwicklung Assemblierung Ziel: Prozess zur Assemblierung von Labor- und Blechzellen Oberfl. feinst Kohlenstoff beschichtet Na-ß-Aluminat a

18 1. Entwicklung Prüfstand BatMoT_2 für S tandalone-tes ts Modul Monitorplatine (am Modul) S teuerplatine (im Prüfstand)

19 Phase 0-2: Zellentwicklung und Elektrolytintegration 2. Ausblick Entwicklungsarbeiten und Forschung im Bereich Batteries: Seien Sie dabei! Man kann nur gewinnen.

20 KERAMIKBASIERTE BATTERIEN ALS STATIONÄRE SPEICHER Karl Skadell, Dr. Matthias Schulz, Prof. Michael Stelter, u.v.a.m

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