Zur Realisierung der Elektromobilität sind gegenwärtig unterschiedliche Systeme von Akkumulatoren im Einsatz. So beispielsweise die auf jeweils flüssigen Elektrolyten basierenden Akkumulatoren, die sich für Betriebstemperaturen von minus 20 bis etwa plus 50 Grad Celsius eignen. Die zweite gebräuchliche Form von Akkumulatoren sind die Hochtemperatur-Speichersysteme, die über feste Elektrolyte und flüssige Elektroden verfügen und sich demzufolge für den Einsatz unter Temperaturen von plus 270 bis zu plus 350 Grad Celsius empfehlen. Diese extremen Betriebstemperaturen führten dazu, dass Hochtemperatur-Speichersysteme auch als Thermalbatterien bezeichnet werden.
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Natrium-Schwefel-Akkumulatoren
Der Standard-Typ eines Hochtemperatur-Speichersystems, der sogenannte Natrium-Schwefel-Akkumulator, wurde bereits in den 1970-er Jahren entwickelt. Zunächst wurde seine Anwendbarkeit jedoch durch das charakteristische und stets besonders aufwändige Temperaturmanagement eingeschränkt. Der Aufbau des Natrium-Schwefel-Akkumulators ist charakteristisch. Die positive Elektrode besteht in der Regel aus flüssigem Natrium, die negative Elektrode aus Graphitgewebe, welches massiv mit flüssigem Schwefel durchtränkt worden ist. Stark natriumhaltiges Aluminiumoxid fungiert als Elektrolyt.
Vor- und Nachteile
Diese Art von Akkumulator verlangt jedoch nach einem zuverlässigen und gegen Umwelteinflüsse resistenten Mantel, da das Natrium sehr leicht und sehr massiv mit Wasser reagiert. Alle wesentlichen Bestandteile eines Hochtemperatur-Speichersystems, so Natrium, Schwefel und Aluminium, sind leicht und in praktisch unbegrenzten Mengen in der Natur verfügbar. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Bauart besteht darin, dass sie hohe Energiedichten von bis zu 200 Wh/kg ermöglicht. Nach einer experimentellen Phase, die etwa Ende der 1970-er Jahre endete, fanden Hochtemperatur-Speichersysteme ihren Einsatz in Elektroautos, in Kommunikationssatelliten und als Pufferbatterien im öffentlichen Stromnetz.
Hersteller
In der Bundesrepublik Deutschland sind vor allem zwei Hersteller und Lieferanten von Hochtemperatur-Akkumulatoren bekannt. Es handelt sich hierbei um die Firma Billwiller Handels GmbH in Biberach und um die Bürklin GmbH & Co. KG in Oberhaching. Führend im Weltmaßstab sind jedoch bisher ausschließlich japanische Produzenten. Der größte bekannte Hersteller ist das japanische Unternehmen NGK Insulators, der seit den 1990-er Jahren mit TEPCO kooperiert und Hochtemperatur-Speichersysteme besonders für deren Einsatz in Kraftwerken entwickelt. Weitere dominante Hersteller von Hochtemperatur-Speichersystemen auf dem Weltmarkt sind die japanischen Firmen Hitachi sowie GS Yuasa. Asea Brown Boveri (ABB), Silent Power Ltd. und Ford Aerospace zogen sich inzwischen aus der Produktion von Hochtemperatur-Speichersystemen für mobile Anwendungen, insbesondere jedoch für Elektroautos, vollständig zurück.
Entwicklungsarbeit noch nötig
Die Nachteile der Technik bestehen darin, dass es innerhalb der Hochtemperatur-Speichersysteme zu unerwünschten Tiefenentladungen kommen kann. Diese führen regelmäßig zu hohen Innenwiderständen und damit einhergehenden thermischen Belastungen, die in einer vollständigen Zerstörung der Akkumulatoren gipfeln können. Inzwischen wurde in den Vereinigten Staaten bereits auch eine Variante von Hochtemperatur-Speichersystemen entwickelt, die selbst bei niedrigen Temperaturen funktioniert und welche schon im festen Aggregatzustand aller beteiligten Komponenten eine ausreichende Produktion von Strom durch den Akkumulator gewährleistet. Die Zahl der Lade- und Entladezyklen bleibt jedoch stets von der Tiefe der jeweiligen Ladung oder Entladung abhängig. Nachteilig ist die Gefahr des thermischen Durchgehens.
