Akkus, Brennstoffzellen und Redox Flow Zellen - elektrochemische Energiespeicher

[Holgerli]

Wenn man jeden einzelnen Punkt wo man sich im Gegensatz zu etablierten Akktechnik überlegen fühlt abfeiert aber gerde bei dem dem bisherigen Knackpunkt der Solid-States schweigt, nähmlich der schnarchlangsamen Ladegeschwindigkeit, dann ist klar, dass sich in dem Punkt nichts getan hat: Auch diese Solid-State-Technlogie lässt sich weiterhin nur schnarchlangsam laden.

Und dann muss man ganz einfach die Frage stellen: Was nutzt mir die max. doppelte Energiedichte zu heutigen Li-Ion-Akkus, die ich schon an heutigen Schnelladern binnen 10 Minuten mit 200km Reichweite aufladen kann, wenn Solid-State dafür Stunden brauchen?

 

Fakt ist doch: Beide Links von @reko sind wieder nur ganz tolle Ankündigungen. In beiden werden aber weder konkrete Daten noch konkrete Produktionskapazitäten genannt.

Daraus lässt sich dann eigentlich nur schließen, dass es maximal 'ne Nummer wie "100 MW/a in 2023 und ganz sicher 250 MW in 2025" werden wird, wenn überhaupt. Weil bis dahin muss man das Ladegeschwindigkeitsproblem in den Griff bekommen, über das man sich hier so (un)elegant ausschweigt.

Das Problem dabei: Bei der etablierten Akkukapazität hatten die 5 größten Hersteller (LG Chen, CATL, BYD, Panasonic und Tesla/Panasonic) schon 2018 eine Kapazität von 160 GWh/a. Und das waren nur die fünf größten. Bis 2028 sollen das fast 1,3 TWh werden. Halte ich persönlich für zu wenig, wenn man bedenkt, dass sich allein im Automobilsektor die augelieferte Akkukapazität vom März 2018 von unter 5 GWh zum 2019 auf fast 10 GWh fast verdoppelt hat.

Fakt ist doch: Da muss bei den Solid-States schnell was kommen. Und nicht nur diese Pseudo-Ankündigungen.

[magicw]

Ja aber so ist das nunmal mit Forschung, wenn für jedermann klar ist, dass morgen eine Technologie X hyped, dann brauchst du doch da nicht mehr investieren, da die Papiere eh schon gehyped sind. Wenn du aber durch solche Recherchen Trends erkennst bevor sie Trends für die breite Masse werden, dann wird sich eine Investition besser rentieren.

[reko]

2C (>1000/320..700) sind mit Solid State auch drin. Das entspricht deinen 10min für 1/3 Kapazität und mehr sollte man einen heutigen Li-Ion Akku auch nicht zumuten wenn er länger halten und nicht abbrennen soll.

Die Leitfähigkeit des Solid State Elektrolyts steigt mit der Temperatur stark an. Wenn der Akku warm ist (nach einer Fahrt) dürfte schnelleres Laden möglich sein (daher >1000 temp. dependent).

 

Noch eine Ankündigung

New Solid-State Battery Developed for Lexus Electric Vehicles .. will debut next year

 

Was passiert mit den 1TWh Akkuproduktionskapazität wenn die Akkus technisch überholt sind?

[reko]

NIO musste 5000 BEV mit NMC811 Akkus zurückrufen, jetzt wollen sie kurzfristig einen Prototyp mit Solid State Akkus von ProLogium bauen.

2019/08/26 NIO to partner with cell maker PLG for creating solid-state-battery-powered prototype

2019/08/22 The landing of solid­state battery car is on the clock with a strong entry of NIO together with ProLogium

Im April gab ProLogium bereits eine  Kooperation mit Enovate bekannt.

2019/04/28 Enovate’s Solid-State Battery Could Be a Game Changer

Zitat

Rumor has it that BMW is testing a solid-state battery that can be completely recharged in four minutes — the duration of an average refill of a traditional gasoline tank.

 

2018/11/21 Erste Firma hat wohl Massenproduktion von Feststoffakku gestartet (Qing Tao Energy)

Zitat

In Kunshan, im Osten des Landes, sei nun eine Fertigungsstraße in Betrieb genommen worden, die Feststoffbatterien mit einer Gesamtkapazität von 100 MWh pro Jahr liefern soll. Bis 2020 soll das Produktionsvolumen versiebenfacht werden.

 

[reko]

Ein verbesserter Katalysator der besser wirkt und länger haltbar ist:

2019/09/08 Fuel Cell Catalysts Get Boost from Selenium Anchors

 

Der US Motorenhersteller Cummins hat 81% des kanadischen Brennstoffzellenhersteller Hydrogenics übernommen.

Cummins bot 15 US$ / Aktie, Tiefstkurs im Dezember war 5,83 CAD. Air Liquide behält 19% der Aktien.

2019/09/10 Cummins takes majority stake in fuel cell-hydrogen tech firm

[reko]

Ein neues EU Projekt  gefördert mit 4,7 Mio.€

2019/09/12 BASF, Eramet und Suez fördern Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Zitat

Das Projekt ReLieVe soll ab Januar 2020 starten

 

2019/09/11 How China is Cornering the Lithium-ion Cell Recycling Market

Zitat

China recycled around 67,000 tons of lithium-ion batteries last year, or 69 percent of all the stock available for recycling worldwide

 

Bisher besteht das Recycling aus schreddern, verbrennen, ausschmelzen und reinigen der Metalle. Das ist eine schmutzige Technologie und bei neueren Akkus mit wenig Kobalt meist nicht wirtschaftlich. Die recycelten Rohstoffe sind idR nur für minderwertigere Zwecke verwendbar (downcycling).

A Look At The Lithium-Ion Battery Recycling Industry And Companies

Zitat

Less than 5% of spent lithium-ion batteries are recycled today.

 

American Manganese hat einen besseren Prozess (RecycLiCo Pilotanlage)

2019/08/27 American Manganese Inc. Reports Pilot Plant Results of 99.94% Purity from Recovered NCA Cathode Material

 

Ausserhalb Chinas ist Umicore Marktführer

wiki/Battery_recycling

Zitat

As of 2019, the recycling of Li-Ion batteries in most cases does not extract lithium since lithium-ion battery technology continuously changes and processes to recycle these batteries can thus be outdated in a couple of years

 

[Malvolio]

Beim Temperaturfenster steht in der Tabelle oben für den Solid State Akku 0 - 150 Grad Celsius. Die obere Grenze sollte ja kein Problem darstellen, aber was ist mit der Untergrenze? Muss die Batterie dann im Winter bei Frost ständig geheizt werden, oder wie muss man das verstehen?

 

 

[reko]

vor 7 Minuten von Malvolio:

Beim Temperaturfenster steht in der Tabelle oben für den Solid State Akku 0 - 150 Grad Celsius. Die obere Grenze sollte ja kein Problem darstellen, aber was ist mit der Untergrenze. Muss die Batterie dann im Winter bei Frost ständig geheizt werden, oder wie muss man das verstehen?

Unter 0°C funktioniert der Akku weiter, bringt aber nicht die spezifizierte Leistung. Der Innenwiderstand des Akkus ist dafür zu hoch.

Da auch Akkus Verluste haben ist das kein größeres Problem. Lediglich beim Kaltstart hat man einige Zeit weniger Leistung.

Das bezieht sich nur auf diese speziellen Akku. Andere Akkus sind anders spezifiziert.

[Malvolio]

vor 2 Stunden von reko:

Unter 0°C funktioniert der Akku weiter, bringt aber nicht die spezifizierte Leistung. Der Innenwiderstand des Akkus ist dafür zu hoch.

Da auch Akkus Verluste haben ist das kein größeres Problem. Lediglich beim Kaltstart hat man einige Zeit weniger Leistung.

Das bezieht sich nur auf diese speziellen Akku. Andere Akkus sind anders spezifiziert.

Danke für die Erklärung!

[reko]

2019/08/26 Energiewende: Norden will auf Wasserstoff setzen

Zitat

Bundesverkehrsministerium, Enak Ferlemann (CDU)

.. Neben Offshore-Windparks in Nord- und Ostsee könnten künstliche Inseln entstehen, auf denen der erzeugte Strom in Wasserstoff umgewandelt werde, so Ferlemann weiter. Schiffe könnten an den Plattformen entweder den Wasserstoff als Treibstoff tanken oder aber ihn an Land bringen.

.. Eine andere Möglichkeit wäre es, den Offshore-Strom zunächst an Land zu bringen und an der Küste in Wasserstoff zu verwandeln und zu speichern.

..

Als ersten Schritt schlug er vor, dass Kommunen keine neuen Diesel- oder Elektrobusse mehr kaufen sollten, sondern Wasserstoff-Busse. Er kündigte an, dass der Bund bis Ende des Jahr über Wasserstoff-Strategie verfügen werde. Auch die norddeutschen Länder erarbeiten zurzeit eine gemeinsame Wasserstoff-Strategie.

 

2019/09/06 China hydrogen fuel-cell capacity leaps almost 650pc in a year

[Holgerli]

Am 20.9.2019 um 13:53 von reko:

2019/09/06 China hydrogen fuel-cell capacity leaps almost 650pc in a year

 

Und aus dem verlinken Artikel zitiert:

According to China’s Xinhua News, the country’s installed capacity of hydrogen fuel cells has jumped by 642.6pc year on year to almost 46,000kW – quite a small scale when countries the size of China typically require gigawatts of electricity to sustain itself.

(Ganz nebenbei: Kapzität ist kWh und nicht in kW. kW ist Leistung)

Nur zum Vergleich Ende September 2018 waren in Deutschand 100.000 private Stromspeicher mit geschätzt über 600.000 kWh. 2019 werden es wohl 150.000 mit über 1.000.000 GWh sein.

Ups, sorry. Falsch verlinkt. In den obengenannten Link ging man noch davon aus, dass Ende 2018 der 100.000 Speicher installiert werden würde.

Ups zum 2. Natürlich waren nicht 1.000.000 GWh gemeint, sondern kWh

Real war es dann mit den 100.000 Speichern allein in Deutschland im August 2018 soweit. Daher rechne ich mal mit 150.000 Speichern bis Ende 2019 mit einer Kapazität von über 1.000.000 kWh.

 

Aber weiter im Text:

The number of hydrogen vehicles sold in China is close to the number produced (1,106 out of 1,176), according to a report from the Power Battery Application Branch of China Industrial Association of Power Sources (CIAPS).

Nur zum Vergleich für 2019 rechnet man damit, dass weltweit über 2,5 Mio. Fahrzeuge mit Akkuantrieb und davon fast 1 Mio. reine BEVS verkauft werden. Viel davon in China.

Allein im März 2019 wurden fast 10 GWh (ja, jetzt meine ich wirklich GWh) an Akkus in BEVs verbaut.

 

Wasserstoff for Nischenmarkt. Go for it!

[Bonny]

So macht man Fake News Holgerli.

 

Zitat

Nur zum Vergleich Ende September 2018 waren in Deutschand 100.000 private Stromspeicher mit geschätzt über 600.000 kWh.

Die Aussage in dem verlinkten Artikel :

Zitat

Bis Ende 2018 rechnen sie damit, dass die Speicherbranche die Marke von 100.000 installierten Geräten knackt.

Von der installierten Kapazität wird erst gar nicht geredet in dem Artikel.

vor 1 Stunde von Holgerli:

2019 werden es wohl 150.000 mit über 1.000.000 GWh sein.

 

Wovon träumst du eigentlich?

 

[reko]

Cummins kauft weiter ein, nach Hydrogenics und Efficient Drivetrains jetzt Loop Energy

2019/09/20 Cummins invests in Loop Energy; fuel cell range extenders for medium- and heavy-duty trucks

 

The energy transition and where mobility will go to – Part 1, Waidhas 2019, pdf

The energy transition and where mobility will go to – Part 2, Waidhas 2019, pdf

[reko]

2019/09/20 Getting to 100% renewables requires cheap energy storage. But how cheap?

Zitat

The answer is $20 per kilowatt hour in energy capacity costs.

..

A cost-optimal wind-solar mix with storage reaches cost-competitiveness with a nuclear fission plant providing baseload electricity at a cost of $0.075/kWh at an energy storage capacity cost of $10-20/kWh. To reach cost- competitiveness with a peaker natural gas plant at $0.077/kWh, energy storage capacity costs must instead fall below $5/kWh (at a storage power capacity cost of $1,000/kW). To provide baseload, intermediate, bipeaker, and peaker electricity at $0.10/kWh with an optimal wind-solar mix, energy storage capacity costs must reach approximately $30–70/kWh, $30v90/kWh, $10–30/kWh, and $10–30/kWh respectively.

..

On the surface, this might look like confirmation that an all-renewables+storage system is unrealistic, that it relies on fantastical drops in technology costs.

But scratch a little deeper and the news for all-renewables fans looks much better.

..

if the EAF target is lowered from 100 to 95 percent, the cost target that storage must hit rises to $150/kWh

 

Berechnet am MIT: Storage Requirements and Costs of Shaping Renewable Energy Toward Grid Decarbonization, Joule 2019/08/07

[reko]

Am Technion Institut in Israel wurde ein neues Elektolyseverfahren entwickelt

(Decoupled hydrogen and oxygen evolution by a two-step electrochemical–chemical cycle for  efficient overall water splitting, NATURE ENERGY | VOL 4 | SEPTEMBER 2019 | 786–795 )

 

2019/09/24  Breakthrough E-TAC water splitting system is 98.7% efficient

Zitat

It’s a two-step Electrochemical-Thermally Activated Chemical cycle (dubbed E-TAC, of course)

..

By the symmetry of chemical reactions at the molecular level, the overpotential problem has been an equal drag on hydrogen fuel cells. No catalyst has ever been found that enables the reaction to proceed at a practical rate in the absence of a large overpotential. The Technion team’s approach circumvents the problem by replacing the oxygen evolution reaction with oxidation of a nickel hydroxide layer on the anode to nickel oxy-hydroxide. In a separate step, the anode layer is regenerated by thermo-chemical reduction of nickel oxy-hydroxide back to nickel hydroxide.

..

The Technion research team behind this development have formed a startup company, H2Pro, to commercialize the process

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Der Prozess baucht keine Membran. Wasserstoff wird bei 25°C erzeugt. Der Sauerstoff wird zyklisch bei höherer Temperatur (95°C) abgegeben.

Ich vermute die Energie zum Strippen des Sauerstoffs wurde im Wirkungsgrad nicht berücksichtigt.

Es dürfte noch etwas Aufwand sein diesen zyklischen Prozess energieeffizient und großtechnisch umzusetzen.

 

Theoretisch ist dieser Prozess auch ohne O2 Stripping als Akku denkbar. Der Sauerstoff würde dann beim Stromerzeugen in der selben Zelle verwendet (Phase 1 in umgekehrter Richtung).

[Schildkröte]

vor 51 Minuten von reko:

Wasserstoff wird bei 25°C erzeugt.

 

Danke für Deinen vielen aufschlussreichen Input hier.  Was denkst Du eigentlich über Wasserstoff als Antrieb für Autos?

 

 

[reko]

vor 11 Stunden von Schildkröte:

Danke für Deinen vielen aufschlussreichen Input hier.  Was denkst Du eigentlich über Wasserstoff als Antrieb für Autos?

"Ein Wasserstoffauto verschlingt drei Mal mehr Energie als ein Elektroauto mit Batterie, ist also für die meisten Anwendungszwecke ökologisch und ökonomisch unsinnig."

Ich habe hier schon mehrfach darauf hingewiesen, dass der Satz falsch ist.

Hier wird davon ausgegangen, dass Strom schon zur richtigen Zeit am richtigen Ort vorhanden ist und man daraus den Wasserstoff erzeugt.

Wasserstoff kann auch direkt aus Sonnenlicht (#119) und mit KraftWärmeKopplung mit besseren Wirkungsgrad als Strom mit Solarzellen erzeugt werden. Ein H2Auto hat dann einen besseren Wirkungsgrad (Sun to Wheel) als ein Akkuauto.

Außerdem muß man beim Strom auch noch die Kosten und den Wirkungsgrad der notwendigen Speicher einrechnen. Es wäre unsinnig und weniger effizient den beim Strom speichern erzeugten Wasserstoff rückzuverstromen und damit Akkus zu laden statt ihn direkt in den Autos zu verwenden. Das Argument man könne Li-Ion Akkus als saisonalen Speicher benutzen ist unsinnig (ich hoffe das habe ich hier schon ausreichend erläutert).

 

Wasserstoff ist nach heutigen Stand sinnvoller als Li-Ion Akkus. Zur Zeit sind die H2-Autos noch deutlich teuerer als Akkuautos. Das wird sich bald ändern.

Die Infrastruktur für weltweit 100% EV ist für beide zu teuer, für Akkus noch mehr als für H2. Für Akkus gibt es noch nicht mal ausreichend Rohstoffe. Nur als Alibiaktion wie heute ist beides nicht sinnvoll.

Nach wie vor hoffe ich auf einen Wasserstoffträger z.B. Methanol - wie Gumperts Nathalie nur etwas weniger schnell und billiger. Das Problem z.Z. ist, dass die Umwandlung von H2 nach Methanol nochmal Wirkungsgrad kostet.

 

Heute wäre es sinnvoller einige Kohlekraftwerke abzuschalten als Elektroautos zu fördern. Selbst der Umstieg auf Gas würde 2/3 CO2 einsparen.

[Schildkröte]

Danke für Deine Antwort. Was würdest Du von Erdgas als Übergangstechnologie für Wasserstoff halten?

[reko]

vor 5 Minuten von Schildkröte:

Danke für Deine Antwort. Was würdest Du von Erdgas als Übergangstechnologie für Wasserstoff halten?

Realistisch und global gesehen wird man nicht daran vorbei kommen. Der Umstieg von Kohle nach Erdgas geht schnell und kostet wenig.

[Schildkröte]

vor 30 Minuten von reko:

Realistisch und global gesehen wird man nicht daran vorbei kommen. Der Umstieg von Kohle nach Erdgas geht schnell und kostet wenig.

 

Danke für Deine Einschätzung. Als Aktionär von Shell und Air Liquide spekuliere ich ja (auch) auf eine entsprechende (mögliche) Entwicklung (das Video entstammt deren Lobby-Arbeit).

[reko]

vor 18 Minuten von Schildkröte:

 

Danke für Deine Einschätzung. Als Aktionär von Shell und Air Liquide spekuliere ich ja (auch) auf eine entsprechende (mögliche) Entwicklung (das Video entstammt deren Lobby-Arbeit).

 

Ich hab einen nicht jugendfreien Gasproduzenten, eine Midstreamfirma und CF als Gasverarbeiter im Bestand

[sedativ]

vor 32 Minuten von reko:

Realistisch und global gesehen wird man nicht daran vorbei kommen. Der Umstieg von Kohle nach Erdgas geht schnell und kostet wenig.

 

Erdgas muss allerdings wieder importiert werden. Neben den Umweltaspekten hätte die Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien ja den großen Vorteil der Verringerung der Abhängigkeit von arabischem Öl und russischem Gas.

[reko]

vor 11 Minuten von sedativ:

 

Erdgas muss allerdings wieder importiert werden. Neben den Umweltaspekten hätte die Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien ja den großen Vorteil der Verringerung der Abhängigkeit von arabischem Öl und russischem Gas.

 

Wenn Pipelines vorhanden sind ist der Transport problemlos. Ammoniak, Methanol und andere Grundchemikalien werden in den Förderländern produziert und verschifft - auch kein Problem. Speziell sind Methanol, LPG und Flüssiggas der einzige realistische Weg um Chinas Kohle zu ersetzen.

Erneuerbare sind schön aber teuer und für 100%  gibt es die notwendige Speichertechnologie noch nicht. Also entweder warten oder schnell CO2 um 2/3 absenken und später den Reset.

[Cai Shen]

vor 1 Minute von sedativ:

 

Erdgas muss allerdings wieder importiert werden.

Was in Deutschland als rohstoffarmem Land wohl für jede verwendete Technologie gilt. 

Beim Erdgas ist es derzeit wohl so, dass relativ große Mengen bei der Erdölförderung anfallen aber nicht genutzt werden, weil Transportmöglichkeiten ab Bohrloch fehlen oder keine Abnehmer im relevanten Umkreis vorhanden sind. 

Alleine diese Mengen nutzbat zu machen, hätte einen "zero emmission effect", weil das Gas jetzt sinnlos abgefackelt wird. 

[sedativ]

vor 2 Minuten von reko:

.... und für 100%  gibt es die notwendige Speichertechnologie noch nicht. Also entweder warten oder schnell CO2 um 2/3 absenenken und später den Reset.

 

Wasserstoff wäre ja gerade der Speicher. Und natürlich wird man nicht gleich morgen mit 100% loslegen können. Aber die Weichen könnten jetzt in Richtung Wasserstoffwirtschaft gestellt werden, statt Geld und Zeit für die Batteriesackgasse zu verplempern.

 

vor 11 Minuten von Cai Shen:

Was in Deutschland als rohstoffarmem Land wohl für jede verwendete Technologie gilt. 

Beim Erdgas ist es derzeit wohl so, dass relativ große Mengen bei der Erdölförderung anfallen aber nicht genutzt werden, weil Transportmöglichkeiten ab Bohrloch fehlen oder keine Abnehmer im relevanten Umkreis vorhanden sind. 

Alleine diese Mengen nutzbat zu machen, hätte einen "zero emmission effect", weil das Gas jetzt sinnlos abgefackelt wird. 

 

Gas braucht man ohnehin noch für längere Zeit zum Heizen, insofern sollte das auch parallel betrieben werden.