Technologie, Vorteile und Kosten von Lithium-Ionen-Batterien

Wie funktioniert ein Lithium-Ionen-Akku? Welche Vorteile hat es gegenüber einer Blei-Säure-Batterie? Wann rechnet sich ein Lithium-Ionen-Batteriespeicher?A Lithium-Ionen-Akku(kurz: Lithium-Ionen-Batterie oder Li-Ionen-Batterie) ist der Oberbegriff für Akkumulatoren auf Basis von Lithiumverbindungen in allen drei Phasen, in der negativen Elektrode, in der positiven Elektrode sowie im Elektrolyten, der elektrochemischen Zelle. Lithium-Ionen-Batterien haben im Vergleich zu anderen Batterietypen eine hohe spezifische Energie, erfordern jedoch in den meisten Anwendungen elektronische Schutzschaltungen, da sie sowohl auf Tiefentladung als auch auf Überladung negativ reagieren.Lithium-Ionen-Solarbatterien werden mit Strom aus der Photovoltaikanlage geladen und bei Bedarf wieder entladen. Lange Zeit galten Bleibatterien als ideale Solarstromlösung für diesen Zweck. Allerdings haben Lithium-Ionen-Akkus entscheidende Vorteile, wenngleich die Anschaffung noch mit Mehrkosten verbunden ist, die sich jedoch durch gezielten Einsatz wieder amortisieren.Technischer Aufbau und Energiespeicherverhalten von Lithium-Ionen-BatterienLithium-Ionen-Batterien unterscheiden sich im allgemeinen Aufbau nicht grundsätzlich von Blei-Säure-Batterien. Lediglich der Ladungsträger ist unterschiedlich: Beim Laden der Batterie „wandern“ Lithium-Ionen von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode der Batterie und bleiben dort „gespeichert“, bis die Batterie wieder entladen wird. Als Elektroden werden üblicherweise hochwertige Graphitleiter verwendet. Es gibt jedoch auch Varianten mit Eisenleitern oder Kobaltleitern.Abhängig von den verwendeten Leitern weisen die Lithium-Ionen-Batterien unterschiedliche Spannungen auf. Der Elektrolyt selbst muss in einer Lithium-Ionen-Batterie wasserfrei sein, da Lithium und Wasser eine heftige Reaktion auslösen. Moderne Lithium-Ionen-Batterien haben im Gegensatz zu ihren Blei-Säure-Vorgängern (fast) keine Memory-Effekte oder Selbstentladungen, und Lithium-Ionen-Batterien behalten lange ihre volle Leistung.Lithium-Ionen-Stromspeicher bestehen üblicherweise aus den chemischen Elementen Mangan, Nickel und Kobalt. Kobalt (chemischer Begriff: Kobalt) ist ein seltenes Element und verteuert daher die Herstellung von Li-Akkus. Darüber hinaus ist Kobalt umweltschädlich. Daher gibt es zahlreiche Forschungsbemühungen, das Kathodenmaterial für Lithium-Ionen-Hochvoltbatterien ohne Kobalt herzustellen.Vorteile von Lithium-Ionen-Batterien gegenüber Blei-Säure-Batterien◎Der Einsatz moderner Lithium-Ionen-Batterien bringt eine Reihe von Vorteilen mit sich, die einfache Blei-Säure-Batterien nicht bieten können.◎Zum einen haben sie eine wesentlich längere Lebensdauer als Blei-Säure-Batterien. Eine Lithium-Ionen-Batterie ist in der Lage, Solarstrom für einen Zeitraum von fast 20 Jahren zu speichern.◎Auch die Anzahl der Ladezyklen und die Entladetiefe ist um ein Vielfaches höher als bei Bleibatterien.◎Aufgrund der unterschiedlichen Materialien, die bei der Herstellung verwendet werden, sind Lithium-Ionen-Akkus zudem deutlich leichter als Bleiakkus und kompakter. Sie nehmen daher bei der Installation weniger Platz ein.◎Lithium-Ionen-Akkus verfügen zudem über bessere Speichereigenschaften hinsichtlich der Selbstentladung.◎Darüber hinaus darf man den Umweltaspekt nicht außer Acht lassen: Denn Bleibatterien sind aufgrund des verwendeten Bleis in der Herstellung nicht besonders umweltfreundlich.Technische Kennzahlen von Lithium-Ionen-BatterienAndererseits muss aber auch erwähnt werden, dass aufgrund der langen Einsatzdauer von Bleibatterien weitaus aussagekräftigere Langzeitstudien vorliegen als für die noch sehr neuen Lithium-Ionen-Batterien, so dass deren Einsatz und die damit verbundenen Kosten lassen sich zudem besser und zuverlässiger berechnen. Darüber hinaus ist das Sicherheitssystem moderner Bleibatterien teilweise sogar besser als das von Lithium-Ionen-Batterien.Grundsätzlich ist auch die Sorge vor gefährlichen Defekten bei Li-Ionen-Zellen nicht unbegründet: So können sich beispielsweise Dendriten, also spitze Lithiumablagerungen, an der Anode bilden. Die Wahrscheinlichkeit, dass diese dann Kurzschlüsse auslösen und damit letztlich auch einen Thermal Runaway (eine exotherme Reaktion mit starker, sich selbst beschleunigender Wärmeentwicklung) verursachen, ist insbesondere bei Lithiumzellen gegeben, die minderwertige Zellbestandteile enthalten. Im schlimmsten Fall kann die Ausbreitung dieses Fehlers auf benachbarte Zellen zu einer Kettenreaktion und einem Brand in der Batterie führen.Da jedoch immer mehr Kunden Lithium-Ionen-Batterien als Solarbatterien einsetzen, führen die Lerneffekte der Hersteller bei größeren Produktionsmengen auch zu weiteren technischen Verbesserungen der Speicherleistung und höheren Betriebssicherheit von Lithium-Ionen-Batterien sowie weiteren Kostensenkungen . Der aktuelle technische Entwicklungsstand von Li-Ionen-Batterien lässt sich in folgenden technischen Kennzahlen zusammenfassen:

Speicherkapazität und Kosten von Lithium-Ionen-SolarbatterienDie Kosten einer Lithium-Ionen-Solarbatterie sind im Allgemeinen höher als die einer Blei-Säure-Batterie. Beispielsweise Bleibatterien mit einer Kapazität von5 kWhkosten derzeit durchschnittlich 800 Dollar pro Kilowattstunde Nennleistung.Vergleichbare Lithium-Anlagen kosten dagegen 1.700 Dollar pro Kilowattstunde. Allerdings ist die Spanne zwischen den günstigsten und teuersten Systemen deutlich höher als bei Lead-Systemen. Beispielsweise sind Lithiumbatterien mit 5 kWh auch bereits für 1.200 Dollar pro kWh erhältlich.Trotz der in der Regel höheren Anschaffungskosten sind die Kosten einer Lithium-Ionen-Solarbatterieanlage pro gespeicherter Kilowattstunde jedoch über die gesamte Lebensdauer gerechnet günstiger, da Lithium-Ionen-Batterien länger Strom liefern als Blei-Säure-Batterien, die dies tun nach einer gewissen Zeit ausgetauscht werden.Deshalb darf man sich beim Kauf eines Batteriespeichers für Privathaushalte nicht vor höheren Anschaffungskosten fürchten, sondern muss die Wirtschaftlichkeit einer Lithium-Ionen-Batterie immer ins Verhältnis zur gesamten Lebensdauer und Anzahl der gespeicherten Kilowattstunden setzen.Mit folgenden Formeln lassen sich alle Kennzahlen eines Lithium-Ionen-Batteriespeichers für PV-Anlagen berechnen:1) Nennkapazität * Ladezyklen = Theoretische Speicherkapazität.2) Theoretische Speicherkapazität * Wirkungsgrad * Entladungstiefe = nutzbare Speicherkapazität3) Anschaffungskosten / nutzbare Speicherkapazität = Kosten pro gespeicherter kWh

BSLBATT: Hersteller von Lithium-Ionen-SolarbatterienDerzeit gibt es viele Hersteller und Anbieter von Lithium-Ionen-Batterien.BSLBATT Lithium-Ionen-SolarbatterienVerwenden Sie LiFePo4-Zellen der Güteklasse BYD, Nintec und CATL, kombinieren Sie sie und versehen Sie sie mit einem auf Photovoltaik-Stromspeicher abgestimmten Ladekontrollsystem (Batteriemanagementsystem), um den ordnungsgemäßen und störungsfreien Betrieb jeder einzelnen Speicherzelle sicherzustellen sowie das gesamte System.