Akkus, Brennstoffzellen und Redox Flow Zellen - elektrochemische Energiespeicher

[krett]

vor einer Stunde von reko:

Es bleibt ein "Ionen"-Akku. D.h. braucht vermutlich Metalloxyde zum Einlagern und nichtwässrige Elektrolyte. Die Kapazität 160 Wh/kg entspricht älteren LFP Akkus. Angestrebt werden 200 Wh/kg. Das haben die z.Z besten LFP-Akkus. Die Akkusicherheit dürfte auch ähnlich den Li Ion Akkus sein.

die kosten (um die 30€/kWh) hören sich recht interessant an, wobei das vmtl. auf Zellebene ist.

 

Aber ich gebe dir recht, es ist kein Durchbruch, aber eine Baustein in der stetigen Weiterentwicklung und Kostendegression bei Batterien

[reko]

vor 17 Stunden von krett:

kein Durchbruch, aber eine Baustein

Die Hauptanwendung wird im stationären Bereich erwartet.

2021/03/10 Sodium-Ion Batteries Poised to Pick Off Large-Scale Lithium-Ion Applications

"Safe, lower-cost storage tech could find footholds in data centers, telecoms, and home and grid storage"

Natrium Ionen Akkus brauchen keine Kupferelektrode. Da die Natriumeinlagerung in Graphit sehr problematisch ist, wird oft teueres Graphen verwendet. Natrium Metall Akkus (ev. Solid State z.B. NGK NaS) wären ein großer Fortschritt. Die aktuellen Investitionen in Li-Ion Akkufabriken wären dann aber obsolet.

"The thermodynamically unstable binary graphite intercalation compounds (GICs) with Na remain a main drawback preventing the implementation of Na-ion batteries in the market"

[reko]

Murata geht mit einen SMD Solid State Akku (2..25 mAh, 500 Wh/l) in Produktion.

Murata hat 2017 Sonys Akkusparte gekauft. Produziert wird in der Yasu Division in Shiga/Japan.

2021/08/05 Murata to Mass-Produce All-Solid-State Batteries in Fall

murata.com .. solid-state-battery-that-supports-wearables

 

[reko]

2021/08/03 Tesla ‘big battery’ fire fuels concerns over lithium risks

Zitat

It took three days for the blaze to be extinguished after it started during testing in a shipping container holding a 13 tonne lithium-ion battery, at Moorabool near Geelong in Australia, and spread to a second battery pack.

.. Yet there have been a total of 38 large lithium-ion battery fires since 2018, according to Paul Christensen, a professor at Newcastle University

.. Because of the release of gases “we don’t have a definitive answer of what is the best way to deal with an EV [electric vehicle] fire or energy storage fire,”

 

2021/07/16 Morris Lithium Battery Fire Highlights Emergency Planning, Hazardous Chemical Management

"We brought over 1,000 pounds of Purple-K and we introduced that to the fire hoping we could kill it and choke it out. The lithium ion fire laughed at the Purple-K." .. Officials soon determined that the best course of action would be to allow the fire to burn itself out until it could be managed.

 

Dazu muß man aber die Abstände groß genug wählen, dass das Feuer nicht auf benachbarte Zellen oder gar Container  übergreifen kann. Man könnte zumindest erwarten, dass automatisch Lösch/Eindämmungs-Vorrichtungen eingebaut und die giftigen Gase unschädlich gemacht werden.

[Cepha]

Am 29.7.2021 um 07:41 von reko:

Die estonische PowerUP Energy bringt einen kompakten 400W Brennstoffzellenstromerzeuger für 6 500 € auf den Markt.

2021/07/14 Portable hydrogen fuel cell generator with power output of 400 W

 

 

Nett.

 

Hatte ja damals auf eZelleron gehofft und da auch Geld reingeseckt, aber vergeblich.

 

Ich könnte sowas brauchen für mein Spped-Pedelec, mit dem ich mit 1,3kWh Akku (6,5kg) so 120-180km schaffe und dann nachladen muss. (Ladegerät 360W, 1,1kg)

 

Die 10kg könnte ich mir noch vorstleln, aber mit Wasserstoff als reibstoff ist das dann vollkomen witzlos, wenn dann bräuchte es die leichten Campinggaskartuschen für Propan/Butan alsTreibstoff.

 

Ich wüsste auc sonst niemanden, der etwas sinnvolles mit so einer H2 Brennstoffzelle anfangen kann.

 

Die Militärteile gehen auf Methanol, im Campingbereich methanol oder ebenfalls Propan/Butan.

 

Woher soll ich denn unterwegs Wasserstoff nehmen?

 

mfG

 

[reko]

vor 26 Minuten von Cepha:

Ich wüsste auc sonst niemanden, der etwas sinnvolles mit so einer H2 Brennstoffzelle anfangen kann.

 

"Due to high volume of orders we are experiencing higher than normal lead times."

Wo bekommst du denn deine Propangasflasche her? Bei meinen Gashändler kann ich auch andere Gasflaschen füllen lassen.

Für einen Mobilfunksender kann ich mir einen stationären Tank vorstellen.

[Cepha]

vor 14 Minuten von reko:

 

"Due to high volume of orders we are experiencing higher than normal lead times."

Wo bekommst du denn deine Propangasflasche her?

Eine typische 450g Propan/Butan Kartusche wiegt 650g und ich bekomme die nahezu überall. Energieinhalt ca. 6kWh. Damit kann ich nebenbei auch noch kochen und bei Bedarf das Zelt heizen (wobei ich bisher im Winter auf lange Radtouren verzichte, da bin ich anders unterwegs)

 

Und jetzt beim Wasserstoffspeicher. Der Hersteller ist hier ja sehr "sparsam" mit Daten.

 

was man erfährt ist der Verbrauch von 5,2l/Wasserstoff pro Minute bei 400W el Leistung.

 

Das wäre ein elektrischer Wirkungsgrad von ca. 400%, also ist auch an der Angabe etwas faul.

 

MfG

[reko]

vor einer Stunde von Cepha:

Das wäre ein elektrischer Wirkungsgrad von ca. 400%, also ist auch an der Angabe etwas faul.

5,2 (Norm)liter Wasserstoff pro Minute  = 312 l/h *  3  Wh/Normliter = 936 W Heizwert (rechnen_sie_mit_wasserstoff)

gas-system 9 Liter, 300 bar, D18x55cm , 4,8kg Tara, 243g H2 reicht für 8,65 Stunden Volllast (als ideales Gas gerechnet)

[reko]

Video 2021/02: Prevent lithium-ion battery fires in energy storage systems

Zitat

Li-ion Tamer (pronounced Lion Tamer) is a new product from Ansul that is designed to mitigate the risk of a lithium-ion battery fire during the earliest stage of battery failure. This is something no other product on the market can currently do.

..

what we are seeing is these you know lack of regulation are really leading to some poor installation practices and in many cases not even having any fire protection system

Li-ion Tamer wurde bisher in US U-Booten verwendet. Es wird das Ausgasen der Akkus überwacht. Im Versuch wurde eine 12 Minuten frühere Feuermeldung als mit der Rauchentwicklung erreicht. Zu diesen Zeitpunkt kann u.U. eine Thermal Runaway noch verhindert werden.

Ansul gehört zu Johnson Controls.

 

In Amerika war Brandschutz immer ein großes Thema. Bei der UL Zertifizierung ist es mit der wichtigste Punkt.

[reko]

2021/06/24 Reversible Brennstoffzelle bei 800 °C Betriebstemperatur, Elektrolysebetrieb 40 kW, Brennstoffzellenbetrieb14,5 kW

 

A Theoretical Study on Reversible Solid Oxide Cells as Key Enablers of Cyclic Conversion between Electrical Energy and Fuel, Energies 2021/06

"The use of hydrogen as fuel provides the highest round-trip efficiency (62.1%) followed by methane by Route
1 (43.4%), ammonia by Route 2 (41.1%), methane by Route 2 (40.4%), and ammonia by Route 1
(39.2%)."

 

Eine hybride, reversible Brennstoffzellen mit Ammoniak. Besonders ist hier auch, dass bei dieser SOFC Protonen statt wie üblich Sauerstoffionen den Ladungstransport übernehmen.

Ammonia-fed reversible protonic ceramic fuel cells with Ru-based catalyst, Nature, 2021/08

"A novel ruthenium-based catalyst (Ru-B2CA) with high ammonia cracking and ammonia conversion efficiency under ambient- to low-pressure operation was successfully integrated with a protonic ceramic electrochemical cell to enable reversible NH3 fuel cell and NH3 synthesis operation using a two-chamber design approach."

 

 

 

[reko]

Das Startup EnerVenue (Prof. Yi_Cui, Stanford) hat den lange bekannten Nickel-Wasserstoff-Akku ("bevorzugter Speicher für elektrische Energie in Satelliten und Raumsonden") billiger gemacht und für stationäre Netz Anwendungen entwickelt.

Die Kathode entspricht einen NiMH Akku, die Anode entspricht einer Brennstoffzelle, der Wasserstoff wird gasförmig innerhalb des Akkus gespeichert.

Enerview kooperiert mit Schlumberger.

2021/09/08 Schlumberger New Energy Enters into Agreement with EnerVenue for Metal-Hydrogen Stationary Energy Storage Solutions

 

2020/11 enervenues-metal-hydrogen-batteries-vs-lithium-ion-in-standalone-large-scale-energy-storage (mit CEO Interview)

"Grid Scale Solar + Battery 0,03 .. 0,08 $/kWh typical LCOE, 1/3 CAPEX + 1/3 OPEX + 1/3 Financing"

Nachteilig, der Akku konkurriert mit Li-Ion um Nickel, das auf ein 7 Jahreshoch gestiegen ist. Nickel könnte aber auch ersetzt werden.

Nickel Futures - Sep 21 (MNKU1)

2021/09/08 Shanghai squeeze revitalises flagging nickel market

 

2021/08/24 Pushing the frontier of energy storage: Q&A with George Crabtree (Argonne JCESR)

"JCESR has been looking beyond lithium-ion batteries to a new kind of redoxmer flow battery that we introduced and to so-called multivalent batteries based on magnesium, calcium and zinc, all of which have two charges instead of the single charge on lithium."

[Stockwatcher]

Da hier wirkliche Batterie Experten unterwegs sind, eine evtl. blöde Frage.

 

Ist für große stationäre Speicher die Redox-Flow die beste Variante?

Oder sollte man da auf eine andere Technologie setzen.

 

[reko]

vor 3 Stunden von Stockwatcher:

Da hier wirkliche Batterie Experten unterwegs sind, eine evtl. blöde Frage.

 

Ist für große stationäre Speicher die Redox-Flow die beste Variante?

Oder sollte man da auf eine andere Technologie setzen.

Letztlich ist es im Einzelfall eine Kostenabwägung.

 

Will man möglichst hohe entnehmbare Leistung, dann ist der Akku im Vorteil. Will man mit Akkus mehr Energie speichern, dann muß man auch mehr Leistung mit bezahlen und die Kosten der Akkus steigen linear zur speicherbaren Energie. Bei einen Redox-Flow-System sind entnehmbare Leistung und gepeicherte Energie entkoppelt. Man muß für Leistung und Energie getrennt bezahlen. Für mehr speicherbare Energie braucht man dann aber nur einen größeren Tank.

 

Für das Speichern sehr große Energiemengen sind bei Redox-Flow nur noch die Kosten der verwendeten Rohstoffe entscheidend. Das sieht man sehr gut in der Graphik vom Beitrag #8. Die Rohstoffkosten für Wasser bei Electrolyzer/Brennstoffzelle (auch ein Redox-Flow System) sind nicht zu schlagen. Dafür ist ein Gastank teuerer als ein Flüssigkeitstank. Bei einer Kostenvergleich sollte man aber auch den Roundtrip-Wirkungsgrad und die Energietransportkosten einbeziehen.

 

Grob ist ein LiIon-Akku für ein Speichervermögen bis einige Stunden geeignet, ein Redoxflowsystem für einige Tage und darüber hinaus Wasserstoff oder Derivate. Für den Bereich Stunden bis Tage weden auch noch andere, billigere Akkusysteme entwickelt.

 

Das Problem des heutigen Li-Ion Akkus ist, dass für einen breiten Einsatz in Autos und erst recht als stationärer Netzspeicher nicht genügend Rohstoffe vorhanden sind und die Kosten zwangsläufig steigen müssen. Selbst bei höheren Rohstoffpreisen dauert es viele Jahre bis neue Lagerstätten erschlossen sind.

2021/09/14 EV Battery Prices Risk Reversing Downward Trend as Metals Surge

"For the first time since BloombergNEF started its battery price survey back in 2012 battery prices might break away from the year-over-year declines that we’ve become used to."

[reko]

2021/09/15 Metal-hydrogen battery storage startup EnerVenue raises US$100 million investment

Zitat

Participants in the investment round included Schlumberger New Energy, Saudi Aramco Energy Ventures and Stanford University, among others. 

..

EnerVenue wants to disrupt the stationary energy storage industry with batteries that can store energy from 2 – 12 hours, have flexible charge and discharge rates and a “virtually unlimited number of cycles”.

 

[reko]

Die ersten größeren Semi Solid State Akkus werden verkauft:  30 Ah / 666 Wh YANGDA Thunder Stone Solid State Li-ion Battery

 

Ein neuer Ansatz von University of California San Diego und LG Energy: All Solid State mit reiner Silizium Anode.

2021/09/23 A new solid-state battery surprises the researchers who created it

"Their experiments showed this solid electrolyte is extremely stable in batteries with all-silicon anodes."

Bisher war Stabilität ein großes Problem

[Holgerli]

vor 57 Minuten von reko:

Die ersten größeren Semi Solid State Akkus werden verkauft:  30 Ah / 666 Wh

300 Zyklen. Da ist noch ein sehr langer Weg, bis die konkurrenzfähig werden.

[wpf-leser]

vor 6 Stunden von Holgerli:

300 Zyklen [...] sehr langer Weg

Habe spontan nichts dazu gefunden und bin da kein Profi: Was wäre denn bei etablierter Technik unter vergleichbaren Bedingungen (Entladung mit 5C und vmtl.(?) komplett/Ladung 1C/nach der Testreihe noch 80% Kapazität) drin?

 

Edit: Hätte vielleicht gleich auf die Idee kommen können, da der Link zu einem Shop führt, dort andere Produkte anzuschauen... 

Bei sowas hier (LiPo, Produkt wird auch noch direkt verglichen in der ursprünglichen Artikelbeschreibung -> ) sind wir wohl bei 150 Zyklen, allerdings mit 15C (das ist gut) und ca. einem Drittel mehr Gewicht (das ist schlecht).

Insofern ist der Weg vielleicht nicht ganz so weit, wie gedacht bzw. vom Anwendungsfall abhängig schon in guter Konkurrenz. (?)

[reko]

2021/09/30 Batterieforscher (Fichtner): "Europa hat den Vorsprung der Chinesen eingeholt"

"Die Europäer haben in den letzten Jahren zwei bis drei Mal mehr investiert als China."

"Die Ereignisse überstürzen sich etwas. Es ist unglaublich, was für eine Dynamik da drin ist."

Fichtner hat eine etwas eingeschränkte Sichtweise.

 

2021/05/17 China baut die weltweit größte Batterie ohne Lithium

2021/09/02 Dalian-UET / Rongke Power – Battery Energy Storage System, China

800 MWh (200 MW / 4h) Vanadium-Redox-Flow-Batterie von Rongke Power in der Dalian Provinz.

 

Review Redox Flow Batteries: Materials, Design and Prospects, energies 2021/09 pdf

[reko]

Zellen mit Johnson Mattheys neuen eLNO Kathodenmaterial (CAMX Lizenz). Ein neues Werk in Polen soll nächstes Jahr fertig sein. Weitere Lizenzen haben BASF und Samsung.

 

Zellenhersteller EAS Batteries, Thüringen

Rundzellen Typ 602030

Energiedichte 200 Wh/kg

2021/10/29 Neue Batterietechnik macht Elektro-Rennern Beine

[reko]

2022/01/06 Lithium batteries' big unanswered question

Zitat

"The current method of simply shredding everything and trying to purify a complex mixture results in expensive processes with low value products," says Andrew Abbott, a physical chemist at the University of Leicester. As a result, it costs more to recycle them than to mine more lithium to make new ones. Also, since large scale, cheap ways to recycle Li batteries are lagging behind, only about 5% of Li batteries are recycled globally, meaning the majority are simply going to waste.

 

Kommt bekannt vor, erst mal bauen, um Wiederaufbereitung und das Endlager kümmern wir uns später.

Immerhin ein Zwischenlager gibt es bereits - in der Wüste mit reichlich Abstand, damit es zu keiner Kettenreaktion kommt.

Selbst wenn irgend wann mal Recycling trotz der hohen Kosten verpflichtend wird, bedeutet das in der Regel Downcycling und kann die Rohstoffe nie vollständig wiedergewinnen. Der erhoffte Rückgang des Ressourcenverbrauchs ist zweifelhaft.

 

2021/12 American Manganese Advances Demonstration Plant for Lithium-ion Battery Recycling and Upcycling Project (500kg/day cathode waste)

Lt Firmenaussage startet im Februar die erste hydrothermische Demoanlage in Nordamerika, d.h. ohne den Akkuschrott zu verbrennen. Firmenschätzung 2 Mio Tonnen Akkuschrott pro Jahr in 2030.

 

2018/01 A Look At The Lithium-Ion Battery Recycling Industry And Companies

2011/05 Why Advanced Lithium Ion Batteries Won’t Be Recycled

2021/11 UN-Kommission plant Mindesthaltbarkeit für Elektroautobatterien

[adamsmith104064]

At the wellhead, oxygen-enhanced air is produced and then injected deep into the reservoir via a 'Oxinjection Well.' In-place oxidation of gases, coke, and heavier hydrocarbons (a process known as in-situ combustion). Targeted areas of the reservoir become extremely warm. When necessary, radio frequency emissions are used to raise the temperatures even higher.

Hire Java Developers

[krett]

Am 26.1.2022 um 15:24 von reko:

Kommt bekannt vor, erst mal bauen, um Wiederaufbereitung und das Endlager kümmern wir uns später.

Immerhin ein Zwischenlager gibt es bereits - in der Wüste mit reichlich Abstand, damit es zu keiner Kettenreaktion kommt.

Selbst wenn irgend wann mal Recycling trotz der hohen Kosten verpflichtend wird, bedeutet das in der Regel Downcycling und kann die Rohstoffe nie vollständig wiedergewinnen. Der erhoffte Rückgang des Ressourcenverbrauchs ist zweifelhaft.

 

Kannst du mir ein Beispiel nennen, bei dem Metalle downcycled werden? 

 

Davon abgesehen: Mehh. Vor 2 Jahren: "Lihthium wird niemals reichen". Vor 4 Jahren: "Batterien haben nicht genug Kapazität". Vor 6 Jahren: "Batterien werden nie günstig genug".

Und heute: "Batterien lassen sich nie vernünftig Recyclen". Ok.

[reko]

vor einer Stunde von krett:

Kannst du mir ein Beispiel nennen, bei dem Metalle downcycled werden? 

Lithium als Rohstoff für die Zementherstellung

2012_RuR_679_690_Elwert_Goldmann.pdf

Zitat

Fast alle diese Prozesse konzentrieren sich auf die Rückgewinnung von Cobalt, Nickel und Kupfer, Lithium wird entweder nicht zurückgewonnen oder eingebunden in Schlacke zur Klinkerherstellung in der Zementindustrie verwendet

 

Immer dann, wenn es zu teuer ist die chemischen Elemente in der für Akkus notwendigen Reinheit aufzubereiten, verwendet man sie wenn möglich für Produkte mit niedrigeren Reinheitsanforderungen. Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Eisen, Phosphor, Schwefel, Titan, Fluor, Barium, Elektrolyt (LiBC4O8 (LiBOB), LiPF6, Li[PF3(C2F5)3], organische Lösungsmittel, ..), Binder, Separator und Elemente mit geringen Massenanteil (Bi, Mg, Sb, Sn, Zn, ..) lohnen sich nicht.

Bisher ist der größte Teil des Recyclings typenreiner Ausschuß aus der Produktion. Dort kennt man die Chemie. Bei Altakkus hat man ein undefiniertes Gemisch verschiedener Akkutypen und Zellchemien.

[reko]

VW hat zusammen mit der Fa. Kraftwerk TUBES GmbH ein Brennstoffzellenpatent angemeldet

2022/02/17 Volkswagen arbeitet weiter an der Brennstoffzelle — das beweist ein still und leise veröffentlichtes Patent  ".. Bis 2026 soll der Antrieb in Serie gehen"

DE102020119021 Brennstoffzellenstapel, Brennstoffzellenvorrichtung sowie Brennstoffzellen-Fahrzeug (wipo.int) (gibt nicht viel her)

Zitat

ANSPRÜCHE:

1. Brennstoffzellenstapel (1 ) mit mindestens einer, in einer Stapelmodulbox (3) aufgenommenen Brennstoffzelle, die mehrere Medienkanäle umfasst, mit auf der Außenseite der Stapelmodulbox (3) angeordneten Medienführungen (2), die in Strömungsverbindung mit den Medienkanälen stehen, und mit einem um die Stapelmodulbox (3) geführten Verspannungssystem (4), dessen Spannmittel (5) um die mit einer Federfunktion ausgeführten Medienführungen (2) geführt ist.

2. Brennstoffzellenstapel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federfunktion mindestens einer Medienführungen (2) durch deren Ausbildung aus einem federnden Material realisiert ist.

..

Kraftwerk TUBES arbeitet an Edelmetall freien Solid Oxyd Brennstoffzellen.

kraftwerk-article-wirtschaft-in-sachsen-spring-2019.pdf

"Sascha Kühn plant im Dresdner Villenviertel Weißer Hirsch eine Gigafactory für Mini-Kraftwerke, die E-Autos leichter machen .. Sie sind nicht größer als ein Zahnstocher, haben aber die Kapazität einer AA+-Batterie"

Das Verfahren geht vermutlich zurück auf ein Patent von 2004

WO2004067808 METHOD FOR PRODUCING METALLIC MOULDED BODIES COMPRISING A CERAMIC LAYER, METALLIC MOULDED BODY, AND THE USE OF THE SAME (wipo.int)

[reko]

Die gestiegenen Rohstoffpreise machen Lithiumakkus teurer - hier für eine NCM622 Zelle. Lithium ist jetzt kosten-dominierend. Es kann also auch mit anderen Zelltypen nicht mehr so viel gespart werden. Eine modernere NCM811 Zelle hat 50% der Kobaltkosten dafür höhere Nickel- und Mangankosten. Bei LFP Zellen ist der Lithiumkostenanteil höher und die Kapazität pro kg Lithium geringer, die relative Auswirkung also höher.

 

2022/02/23 Lithium prices rose more than 400% in 2021; supply agreements failed to keep up

"As a result of rising battery raw material prices, one of the world's most widely produced battery chemistry compositions, NCM 622, is theoretically 150% more expensive than at the start of 2020, complicating the achievement of the $100/KwH threshold."

 

Nur 24% der Kosten eines Akkus kann der Zellhersteller beeinflussen.

2022/02/23 Breaking down the cost of an EV battery cell