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Karl Skadell, Dr. Matthias Schulz, Prof. Michael Stelter, u.v.a.m

KERAMIKBASIERTE BATTERIEN ALS STATIONÄRE SPEICHER

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GLIEDERUNG

Vorstellung des Fraunhofer IKTS

Business Case – Hochtemperatur-Batterien

Technologie Entwicklung - Cerenergy® und Ausblick

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GLIEDERUNG

Vorstellung des Fraunhofer IKTS

Business Case – Hochtemperatur-Batterien

Technologie Entwicklung - Cerenergy® und Ausblick

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Anwendungsorientierte Forschung zum unmittelbaren Nutzen

für die Wirtschaft und zum Vorteil für die Gesellschaft

Rund 25 327 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

72 Institute undForschungseinrichtungen

über 70%Industrieaufträge undöffentlich finanzierte Forschungsprojekte

knapp 30%Grundfinanzierungdurch Bund und Länder

Fin

an

zvo

lum

en

2,3 Mrd.

2017

Vert

rag

sfo

rsch

un

g

2,0 Mrd.

Ausbauinvestitionenund Verteidigungsforschung

1. Battery electricity storage energy capacity growth in stationary applicationsDie Fraunhofer-Gesellschaft auf einen Blick auf einen Blick

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Forschungspartner von der Idee bis zum Produkt

Durchführung von FuE-Projekten

Begleitung über die gesamte Prozesskette

Überführung in den Technikumsmaßstab

Idee, Business Case

Forschung undEntwicklung

Massenfertigung,Produktion

Entwicklungsallianz Industrieaufgabe

I n n o v a t i o n s p h a s e n

1. Battery electricity storage energy capacity growth in stationary applicationsForschungspartner von der Idee bis zum Produkt

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Aktuelle Forschungsprojekte

Luftzerlegung O2-Generator

Hochtemperatur-Sauerstoff-Separation mit mischleitenden keramischen Membranen.

Nanofiltration

Keramische Nanofiltrationsmembranen mit Trenngrenze 200 Da.

Werkstofflösungen für LIBs

Top-Down- und Bottom-Up-Entwicklung neuer Aktivmaterialien.

Verfahren zur Rückgewinnung von Wasser, Energie und Dünger aus Reststoffen der Lebensmittelindustrie.

Wertstoffrecycling aus Industriewässern

Hochtemperatur-Energiespeicher

cerenergy® – Na/NiCl2-Batteriesystem für die stationäre Speicherung.

Verbundmaterialien

Metall-Keramik-Verbundfolien mittels papiertechnologischer Verfahren.

Forschungspartner von der Idee bis zum Produkt1. Battery electricity storage energy capacity growth in stationary applicationsAktuelle Forschungsprojekte

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GLIEDERUNG

Vorstellung des Fraunhofer IKTS

Business Case – Hochtemperatur-Batterien

Technologie Entwicklung - Cerenergy® und Ausblick

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1. Battery electricity storage energy capacity growth in stationary applications

11 GWh

2017

REmap Reference case

100 GWh

167 GWh

181 GWh

Niedrig Hoch Niedrig Hoch

REmap Doubling case

2030

47 %

9 %

44 %

44 %

44 %

44 %

44 %

45 %

45 %

11 %12 %

11 %

Neubau Home Storage PV-Speicher

Nachrüstung Home Storage PV-Speicher

Utility-scale Batterien

200

150

100

50

0

GW

h

400

Investitionen von548 Mrd. US$ in neue Batteriespeicher bis 2050(Quelle: BNEF)

IRENA

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1. Zielpreis für Li-Ion Batteriesysteme als Richtwert für Na/NiCl2-Batterien

Quelle:Renewable and Sustainable Reviews, Vol. 78, Oct. 2017, Pages 439-451

Prognose der Kostenentwicklung

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3. Was passiert auf dem Markt für Hochtemperaturbatterien

wichtigeRohstoffe Li-Ion Batterie

Lith

ium

14

Tsd

. $/t

x 2

Kob

alt

88

,5 T

sd. $

/tx 1,6

Pre

isen

twic

klu

ng

Oligopol der Hersteller für Li-Ion Batteriezellen. 6 Unternehmen haben über 90 % Marktanteil – Lieferengpässe bestehen schon heute!

Weltweilte Produktion von Lithium liegt in der Hand von nur 4 Unternehmen. (2015 ca. 91 % der globalen Lithium Produktion)

Wenige Lithium ProduzentenKostenexplosion bei wichtigen Rohstoffen

Wenige Li-Ion Batteriehersteller

Geopolitisch gesehen hängt die Li-Ion Technologie in Europa am „Tropf“ der Zellfertiger aus „Fern Ost“ und diese an den Lithiumvorkommen in Lateinamerika

Kritischen Situationen hinsichtlich der Rohstoffverfügbarkeit bei Lithium, je nach Wachstumsszenario für Li-Ion Batterien. (DERA Rohstoffinformationen)

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2. Identifizierung der Anwendungsbreite

CAES: Compressed Air Energy StorageH2: Hydrogen (Electrolysis)

Min

ute

sSe

con

ds

Ho

urs

Day

s

1 kW 10 kW 100 kW 1 MW 10 MW 100 MW 1.000 MW

Electrochemical Batteries

Redox-Flow-Batteries

NaS Batterien

PumpedHydro

Time Shift / Energy Management

WindTurbine

on-shore

Windoff-shore

MediumPV Farm

Residential

Power Quality

Bridging Power

Li-Ion Lead Acid

VRB ZnBr

(Thermo-) Mechanical Storage

Electrochemical Storage

Chemical Storage

Power to Heat (to Power)

CAES

Power to GasPower to LiquidH2

Na/NiCl2-Batterie

Lead Acid Batteries59,8 %

Frost&Sullivan: Global Industrial Battery Market, 2018)

Percent Sales Breakdown by Battery Chemistries, 2016

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Hoch interessante Batterietypen als Konkurrent zur Lithium-Ionen Batterie

* IRENA energy installation cost 2016

Li-Ionen Blei-Säure VRB Na/NiCl2

473 - 1260 $/kWh 105 - 475 $/kWh 315 - 1680 $/kWh > 700 $/kWh

Wirkungsgrad

Entladetiefe

Lebensdauer

Zyklenzahl

Sicherheit

Kosten* K.O.-Kriterium

Neues Zelldesign mit 100 Ah

< 400 $/kWh

http://www.speichermonitoring.de/ueber-pv-speicher/batterietechnologien.html

Quellen:

3. Batteriespeichermarkt - welcher Energiespeicher?

Prognose: kaum Kostenreduktion

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GLIEDERUNG

Vorstellung des Fraunhofer IKTS

Business Case – Hochtemperatur-Batterien

Technologie Entwicklung - Cerenergy® und Ausblick

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Labor-Messzelle

Ausgangspunkt

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Definierte Projektziele

Keramischer Festelektrolyt

Zellgehäuse

Stromsammler

Kathode:

Kochsalz

Nickel

Additive

Verschluß

Die Natrium/Nickelchlorid

Hochtemperaturbatterie.

Betriebstemperatur:

250°C - 350°C

Zellreaktion:

Ni + 2NaCl NiCl2 + 2Nacharge

discharge

3. Batteriespeichermarkt - welcher Energiespeicher?

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Pulver

Ziel: Na-ß-Aluminat-Pulver verarbeitbar

16 Mai 2017

1. Entwicklung

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Assemblierung

Ziel: Prozess zur Assemblierung von Labor- und Blechzellen

Na-ß-Aluminat

Oberfl. feinst Kohlenstoff beschichtet

a

1. Entwicklung

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Prüfstand BatMoT_2 für Standalone-Tests

Modul

Monitorplatine (am Modul)

Steuerplatine (im Prüfstand)

1. Entwicklung

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Phase 0-2: Zellentwicklung und Elektrolytintegration2. Ausblick

Entwicklungsarbeiten und Forschung im Bereich Batteries:

Seien Sie dabei! Man kann nur gewinnen.

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KERAMIKBASIERTE BATTERIEN ALS STATIONÄRE SPEICHER