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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
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lum
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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
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88
,5 T
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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
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Ho
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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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Business Case – Hochtemperatur-Batterien
Technologie Entwicklung - Cerenergy® und Ausblick
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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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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.