VERGLEICH VON BLEI-SÄURE UND LI-IONEN BATTERIEN VS.

VERGLEICH VON BLEI-SÄURE UND LI-IONEN BATTERIEN VS.

Energiespeicherlösungen Speicherlösung Mechanisch Elektro-Chemisch Elektronisch Batterien Blei-Säure/Ni-Cd/ Li-Ion/NiMH SuperCaps Druckluftspeicher Pumpspeicherkraftwerk Hochtemperaturbatterien NaS/NaNiCl Supraleiter (SMES) Schwungradspeicher Redox-Flow-Batterien Brennstoffzellen 2

Elektrochemische Speicher Elektrochemische Speicher Interner Speicher Externer Speicher Niedrigtemperaturbatterien Hochtemperaturbatterien Redox-Flow Brennstoffzelle Bleisäure NiCd NiMH Li-Ion NaNiCl NaS Vanadium Fe/Cr PEM & Alkalin Hochtemperatur

Vergleich I Speicher Energieart Wirkungsgrad (%) Energiedichte (Wh/kg) Nominelle Spannung (V/Zelle) Selbstentladerate (per Monat) Lebensdauer Kosten ( /kwh) Blei-Säure elektrochemisch 65-90 20-30 2 2% - 3% bis zu 20 Jahren ca. 6.400 Zyklen 1 80-150 Li-Ionen Titanate elektrochemisch 90-95 70 80 2 3,6 2% bis zu 20 Jahren 3 ca. 8,000 Zyklen 3 500-1000 Li-Ionen Phosphate elektrochemisch 90-95 90 140 2 3,3 5% bis zu 20 Jahren 3 ca. 2.000 Zyklen 3 500-1000 1) Solarzyklen nach IEC 61427:2002-04 2) meist theoretisch ermittelte Werte ohne Berücksichtigung von Gehäusen und Peripheriegeräten 3) Theoretisch ermittelte Werte

Vergleich II Kosten: - Investitionskosten+ Betriebskosten über Lebensdauer/ kwh Energiedichte (Wh/kg): - Energie pro Masse Leistungsdichte (W/kg): - Leistung pro Masse eines Stoffes Wirkungsgrad: - Verhältnis von nutzbarer Energie und eingespeister Energie Zyklenanzahl: - Durchschnittliche Zyklenzahl über die Lebensdauer Zuverlässigkeit: - Bewertung von Produktreife und Häufigkeit des Ausfalls

Bleisäurebatterien Vorteile Lithium-Ionen Batterien - Solide ausgereifte Technologie - Gute Energiedichte (Wh/Kg) - Niedriger Preis ( /Ah) - Kleine Abmessungen - Hohe Kapazitäten aus Einzelzellen möglich (BAE bis 4940Ah (C240; Ue=1,8V; 20 C) ) - Hohe Zyklenlebensdauer - Breite Temperaturbereich (-20 C - 45 C) - Nahezu 100% recyclingfähig Vor und Nachteile beider Technologien Nachteile - Niedriges Gewicht - niedriger Energiedichte - Sehr hohe Kosten - Gefährlich, besonders unterhalb 1,5V - Schwieriges Recycling - Nur kleine Kapazitäten verfügbar große Kapazitäten müssen aus parallelgeschalteten Einzelzellen realisiert werden ($$$) - Batterie Monitoring notwendig ($$$)

Anwendungen Blei-Säure Batterien große Stationäre Anwendungen Photovoltaik USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) Netzunabhängige Stromversorgung Lastmanagement Lithium-Ionen Batterien Professionelle Elektromobilität Niederflurfahrzeuge Reinigungsmaschinen Baumaschinen Landmaschinen Freizeit Elektromobilität Elektroroller Elektrische Boote Golfauto Bordelektrik

Recycling von Blei-Säure Batterien Nach der Richtlinie 2008/12/EG des Europäischen Parlaments regelt das Batteriegesetz (BattG) das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die umweltverträgliche Entsorgung von Batterien und Akkumulatoren. Metall (ca. 65 % des Batteriegewichts ca. 60% Blei 5% andere Metalle) 97 % des verwendeten Bleis wird in Sekundärblei zurückgewonnen 3 % wird zu überschüssiger Schlacke, die aufgrund ihrer Bauphysikalischen Eigenschaften z.b. im Deponiebau eingesetzt wird Kunststoff (ca. 5 % des Batteriegewichts) 2 Möglichkeiten der Wiederverwertung: Kunststoff wird vor dem Rückgewinnungsprozess entfernt und für die weitere Verwendung z.b. in der Automobilindustrie vorbereitet Die gesamte Batterie wird in einem Schritt verwertet. Durch die Pyrolyse der Kunststoffe wird im Schachtofen Pyrolysegas erzeugt, das anschließend in der thermischen Abluft-Nachverbrennung verwertet wird. Hierdurch wird Erdgas substituiert. Säure (ca. 30 % des Batteriegewichts) Recycling Wird getrennt und gefiltert und von speziellen Verwertungsbetrieben übernommen Die Recyclingquote von Bleisäurebatterien liegt bei nahezu 100%

Recycling Recycling von Lithium-Ion-Batterien Momentan liegen für das Recycling sowie für Sammel- und Rückführung von Lithium-Ionen- Industriebatterien kaum Erfahrungswerte vor. Lithium wird als wertvolle Ressource meist vernachlässigt Li-Ionen-Batterien werden bereits heute in den unterschiedlichsten Materialzusammensetzungen hergestellt (z. B. Lithium-Eisenphosphat, kobaltbasierte Systeme) dies bedingt auch zukünftig unterschiedlichen Recyclingverfahren Derzeit kein existierende Kreislaufwirtschaft für Lithium-Ionen- Batterien wie nach dem Batteriegesetz (BattG) gefordert

Darum ist die Blei Säure noch Zeitgemäß! Allgemeine Anforderungen Blei-Säure erfüllt folgende Anforderungen Zuverlässig Hohe Kapazität und Leistung pro Aufstellfläche oder Volumen Tiefentladefähigkeit ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer Geringer Wartungsaufwand Solide, ausgereifte Technik (hohes Know-how) Hohe Kapazität und Leistung pro Aufstellfläche oder Volumen Gelegentliche Tiefentladungen von 80% bis 100% ohne Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie Wartungsfreier oder wartungsarmer Betrieb mit Nachfüllintervallen von mehr als einem Jahr

Darum ist die Blei Säure noch Zeitgemäß! Allgemeine Anforderungen Blei-Säure erfüllt folgende Anforderungen Hohe Zyklenlebensdauer Niedrige Selbstentladungsrate Hoher Wirkungsgrad Hohe Zyklenlebensdauer (DOD 30% = > 5.000 Zyklen) Niedrige Selbstentladungsrate (2% - 3% pro Monat) Hoher Ah- und Wh-Wirkungsgrad Betriebssicher Dichte Poldurchführung & sehr hoher Berührungsschutz Sehr geringe Ausfallraten Die Blei-Säure Batterie erfüllt die Anforderung auf allen Ebenen

Zusammenfassung Vergleich Blei-Säure vs. Lithium-Ion Die Lithium-Ionen Technologie hat verglichen zur Blei-Säure Technologie einige energetische Vorteile. Beispielsweise ist die Energie- und Leistungsdichte sowie die nominelle Spannung höher und das Gewicht pro Ah niedriger. Dennoch werden Lithium-Ionen Batterien aufgrund der geringeren verfügbaren Kapazitäten und der hohen Kosten nur in kleinen tragbaren Lösungen bzw. in der Elektromobilität eingesetzt. Der Einsatz in stationären Anwendungen und Photovoltaiklösungen macht sowohl technisch, als auch aus Kostensicht derzeitig keinen Sinn. Lithium-Ionen Batterien werden nur dann in stationären Anwendungen eingesetzt, wenn Platz und die Belastung der Batterieräume limitiert ist. Vorteile von Bleisäure-Batterien Kosteneffizienter (5 bis 10 mal billiger) Besseres Temperaturverhalten (-20-45 C) Kein Batterie-Monitoring notwendig (jedoch möglich) Sehr große Zuverlässigkeit aufgrund der langjährigen Erfahrungen und des hohen technischen Know-how

Danke für ihre Aufmerksamkeit

* One cycle per day DOD in % Testverfahren BAE Solarzyklentest Phase A: Disch. 9 hrs with I 10 Charge 3 hrs with 1.03 I 10 Disch. 3 hrs with I 10 49 x or U e < 1.5 Complete charge Phase B: Disch. 2 hrs with 1.25 I 10 Charge 6 hrs with I 10 100 x Capacity test C 10 at T ref Finished when C10<80% Result: Cycle life as number of A+B - cycles Number of cycles Testergebnisse 104 F 40 C 95 F 35 C 86 F 30 C 77 F 25 C 68 F 20 C 6 PVS 420 5 PVV 350 12 V 12 V 3 PVS 210 3 PVV 210 Zyklen 3150 3150 2700 2100 Jahre* 8.6 8.6 7.3 5.7 Zyklen 3600 3600 3085 2400 Jahre* 9.9 9.9 8.5 6.6 Zyklen 4200 4200 3600 2800 Jahre* 11.5 11.5 9.9 7.7 Zyklen 5040 5040 4320 3360 Jahre* 13.8 13.8 11.8 9.2 Zyklen 6300 6300 5400 4200 Jahre* 17.2 17.2 14.7 11.5

Li-Ion Function Electrochemical cell: Current flow via Electrons through grid and external load Ions through electrolyte Negative electrode: carbon (graphite-layer) Positive electrode: metal oxide (Li-cobalt-oxide) Electrolyte: Lithium salt in organic solvent completely water free Li-cobalt oxide charging Li-graphite Efficiency 90% - 95% Applications USV/Back Up Automotive Mobile devices (cell phones, tablet-pc s, notebooks) Pro/Contra High efficiency / high energy density (>150Wh/Kg) High costs No high rated reliability Limited capacity per cell Cathode discharging Anode In case of damage high risk of fire Environmental impact 15

Lead Acid Function Electrochemical cell: Current flow via Electrons through grid and external load Ions through electrolyte Negative electrode : PbO 2 Negative electrode : Pb Electrolyte: H 2 SO 4 Pb PbO2 2H2 2HSO4 2PbSO4 2H2O Efficiancy 65% - 90% Range Up to 40 MWh (as known) 70 MW load Applications Traction & Railway UPS/Back up Automotive Solar & Wind Pro/Contra Low costs High reliability Optimized sizing for diff. appl. Well experienced and established technology Very good recyclability Low energy density