Put the battery in a (tangible) context

In the first part we have looked at the development of battery technology. In this part, we examine what batteries can and can not do. Because the most exciting question remains: Will they be able to solve our (mobility) energy problem?

Modern life would be unthinkable without batteries. Only the compact, light, quiet powerhouses enable the digital progress and the mobile electrical amenities of everyday life. And: They let us save the energy of sun and wind for later use.

Of course, the „but“ can not wait long. Because: Batteries have many limitations. They have to be recharged. They contain only a limited amount of energy. And with every charge cycle they gradually lose their effectiveness.

In order to understand the market for batteries – and above all to be able to realistically derive its future potentials – it is therefore important to understand what a battery can and can not do.

ENERGY DENSITY

The biggest difference between batteries and other types of fuel is energy density.

Even the best lithium-ion batteries have a specific energy of about 250 Wh / kg. That’s only 2% of the energy density of gasoline and less than 1% of hydrogen.

At first glance frightening. But after all, you can drive a whole car today with this 2% fuel energy. But: aircraft, ships, trains and other energy-heavy drives? None of this will be able to use batteries in the powertrain in the near future. At least not in the classic direct coupling from battery to engine.

A RENEWABLE FUTURE?

Renewable energy sources such as sun and wind are facing a major problem: cyclical availability. For a power grid – which must always give its energy at a constant voltage and frequency – this means: excess power must be stored us missing power must be fed. However, today’s battery technology is unable to store enough large payloads of energy.

Derzeit sind die Batteriesysteme noch nicht vollständig für diesen industriellen, netzstabilisierenden Maßstab entwickelt. Das Speicherproblem lässt sich somit auf breiter kommerzieller Basis noch nicht lösen, auch wenn in vielen Bereichen bereits Insellösungen gefunden wurden und im kleinen Forschungsmaßstab gute Fortschritte erzielt werden. Neu wiederentdeckte Technologien wie Redox-Flusszellen könnten in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Energiespeicherung von regenerativen Energien spielen. Doch für den Moment bleiben große Batterienspeicher experimentelle Lösungen.

Die Lösung für die Speicherung der Energie aus erneuerbaren Quellen wird deshalb voraussichtlich nicht batterieelektrisch geschehen, sondern sollte durch diese zwei Möglichkeiten gelöst werden:

Chemische Speicherung : Mit überschüssiger Elektrizität wird Wasserstoff erzeugt. Dieser kann ohne Umwandlung ins vorhandene Gasnetz eingespeist werden und entsprechend rückverstromt werden, oder bei größerer Wasserstoff-Nachfrage direkt als Energieträger zur Verfügung gestellt werden.

Pumpwasserspeicher: Mit Strom Wasser in einen Speicher pumpen, der später zur Erzeugung von Wasserkraft genutzt werden kann. Was allerdings geografische Möglichkeiten zur Voraussetzung hat (Gebirge, Stauseen, (Bergwerks-)Kavernen)

DIE WICHTIGSTEN EIGENSCHAFTEN

Um Batterien wirklich bewerten und einordnen zu können, sollten diese elf Eigenschaften erfüllt sein.

1. Hohe spezifische Energie: Spezifische Energie ist die Gesamtmenge der von einer Batterie gespeicherten Energie. Je mehr Energie eine Batterie speichern kann, desto länger läuft sie.
2. Hohe spezifische Leistung: Die spezifische Leistung ist die Menge an Laststrom, die aus der Batterie entnommen werden kann. Ohne hohe spezifische Leistung kann eine Batterie zum Beispiel kein Fahrzeug beschleunigen.
3. Schnelles Aufladen: Was nützt ein Smartphone, wenn es zwei volle Tage zum Aufladen braucht? Die Ladezeit ist entscheidend.
4. Kosten: Wenn der Preis für einen bestimmten Batterietyp nicht stimmt, kann es sich aus wirtschaftlichen Gründen lohnen, eine alternative Kraftstoffquelle oder Batteriekonfiguration zu verwenden.
5. Lange Lebensdauer: Die chemische Zusammensetzung von Batterien ist nicht perfekt. Daher halten sie nur für eine Reihe von Lade-/Entladezyklen – wenn diese Zahl niedrig ist, kann die Nutzung einer Batterie eingeschränkt sein.
6. Hohe Sicherheit: Batterien werden in Konsumgütern oder für wichtige industrielle Anwendungen verwendet – niemand möchte hier, dass Batterien Sicherheitsprobleme verursachen.
7. Großer Betriebsbereich: Einige chemische Reaktionen funktionieren bei Kälte oder Hitze nicht gut – deshalb ist es wichtig, dass die Batterien im Temperaturfenster der Gerätenutzung ihre volle Leistung halten können.
8. Toxizität: Nickel-Cadmium-Batterien werden aufgrund ihrer toxischen Auswirkungen auf die Umwelt nicht mehr verwendet. Neue Batterien, die auf den Markt kommen, müssen in dieser Hinsicht alle internationalen Standards erfüllen.
9. Geringe Selbstentladung: Alle Batterien entladen sich mit der Zeit – entscheidend ist, wie stark. Und ob es einen einen Einfluss auf die Haltbarkeit der Batterie hat.
10. Long shelf life: The durability of batteries affects the entire supply chain. It is important that batteries are still usable for many years after their manufacture.
11. Raw material sources: Lithium, cobalt and manganese are raw materials that are partly mined under dramatic humanitarian conditions. The supply chain should remain fair and transparent, with a possibility for complete recycling of the alloy components of old batteries to be found.

In the next part we will look at the overall market for batteries. It remains exciting!