Energiespeicher und Batterien
Energiespeicher und Batterien (Akkumulatoren) sind dynamische Bereiche der Energiebranche, die sich ständig weiterentwickeln. Sie umfassen eine Vielzahl von Technologien und Materialien zur Speicherung und Abgabe von Energie. Dabei reichen die Anwendungen von tragbaren Geräten bis hin zu großen Netzspeichern. Die Entdeckung der Elektrizität und erste Batterieexperimente im 18. Jahrhundert schufen die Voraussetzungen für die modernen Stromspeicher von heute. Aus einfachen galvanischen Zellen haben sich anspruchsvolle Speichersysteme und Batterien mit hoher Kapazität entwickelt. Inzwischen versorgen Lithium-Ionen-Akkus Geräte und Maschinen aller Größenordnungen mit Strom und treiben die Technologiebranche auf diese Weise mit neuem Tempo voran.
Neben der Rohstoffsicherung sind Kosteneinsparungen, die Realisierung höherer Energiedichten und Umweltverträglichkeit zentrale Aufgaben des Energiespeichersektors. Innovative Werkstoffe können wesentlich dazu beitragen, diese Herausforderungen zu meistern. Als internationaler Werkstoffspezialist stellt Goodfellow moderne Materialien und fachliche Beratung bereit, um die Anforderungen des Energiespeichersektors zu erfüllen sowie Partnerschaften mit führenden Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen auf diesem Gebiet zu unterstützen.
Stromspeicher und (wiederaufladbare) Batterien sind Bereiche, die in Zeiten von Energieunsicherheit und Klimawandel rasant wachsen und sich weiterentwickeln. Fallende Preise für autarke Speichertechnologien gehen damit Hand in Hand und machen die Unabhängigkeit vom Stromnetz zum ersten Mal wirtschaftlich.
Unter den aktuell verfügbaren Speicherlösungen werden sich Lithium-Ionen-Akkumulatoren binnen der nächsten drei Jahrzehnte zur billigsten Technologie entwickelt haben. Gleichzeitig dürften die mittleren Kosten für Stromspeicher bis 2030 auf die Hälfte und bis 2050 auf ein Drittel des heutigen Niveaus sinken.
Im Moment spricht vieles dafür, dass Lithium-Ionen-Akkus die wichtigste Batterie- und Energiespeichertechnologie bleiben werden. Es existieren jedoch auch andere Batteriearchitekturen und -werkstoffe. Eine mögliche Alternative könnten Kalium-Ionen-Batterien sein, die ohne Lithium und Cobalt – beide sind notorisch knapp – auskommen. Auch Flüssigmetallbatterien auf Legierungsbasis mit Schwefel als Elektrodenwerkstoff werden diskutiert.
Niemand kann genau vorhersagen, wie sich die Batteriebranche weiter entwickeln wird und welche Technologie sich für die Energiespeicherung durchsetzen wird. Voraussetzung jeder Speicherlösung ist indes die Verfügbarkeit hochwertiger Rohstoffe.
Moderne Materialien für die Energiespeicher- und Batterieherstellung
Ungewöhnliche Materialkombinationen und das Erfordernis hochreiner Werkstoffe stellen Materialwissenschaftler vor hohe Anforderungen, wenn es um die Energiespeicherproduktion geht. Ein großer Bereich der aktuellen Forschung zielt darauf ab, verschleißfeste Kathoden- und Anodenwerkstoffe für Lithium-Ionen-Akkus zu finden, um die Anzahl der Ladezyklen bzw. die Lebensdauer von Energiespeichern zu erhöhen.
Goodfellow ist auf die Bereitstellung von technischen Materialien (bei Bedarf in kleinen Mengen) für Batterie- und Energiespeicheranwendungen spezialisiert. Unsere strenge Qualitätskontrolle und Produktvielfalt machen uns zu einem beliebten Partner für Kunden in der Energiespeicher-, Luft- und Raumfahrt- und der Medizintechnikbranche.
Für Lithium-Ionen-Speicher bietet Goodfellow eine Reihe innovativer Spezialmaterialien an. Anodenwerkstoffe sind in der Regel entweder kohlenstoffbasiert (hierzu zählen Graphitstrukturen) oder Lithiumverbindungen (z. B. Lithiumtitanat). Sie haben häufig Einfluss auf die Gesamtenergiedichte und Langlebigkeit der Batteriezelle.
Goodfellow stellt eine Reihe innovativer Anodenwerkstoffe für Lithium-Ionen-Batterien bereit. Ein Beispiel hierfür ist Lithiumtitanat (LI4Ti5O12). LTO-Batterien sind thermisch stabil sowie auslaufsicher. Sie können sehr schnell geladen und entladen werden und weisen eine hohe Zyklenfestigkeit auf. Damit gilt LTO als Schlüsselmaterial für Lithium-Ionen-Speicher der nächsten Generation.
Für die Kathode bietet Goodfellow Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Mangan-Oxid und Lithium-Nickel-Mangan-Oxid an. Während es sich bei Lithium-Cobalt-Oxid (LiCoO2) um ein gängiges Oxidkathodenmaterial handelt, das auch in Festkörper-Energiespeichern verwendet wird, stellt Lithium-Mangan-Oxid (LiMn2O4) eine kostengünstige und umweltfreundliche Alternative dar, die trotzdem hervorragende Leistungsmerkmale aufweist. Ein weiteres Batteriematerial der nächsten Generation ist Lithium-Nickel-Mangan-Oxid (LiN0.5Mn1.5O4), das sich durch eine hohe thermische Stabilität auszeichnet und zudem ungiftig ist.
Weitere Werkstoffe für die Energiespeicher- und Batterieherstellung
Während Anode und Kathode die wichtigsten Batteriebestandteile sind, hängt ihre Gesamtleistung von weiteren Komponenten ab. Hierzu zählt u. a. der Elektrolyt, der den Ionenfluss zwischen Kathode und Anode sicherstellt. Ein Elektrolytmaterial, das von Goodfellow bezogen werden kann, ist Lithium-Lanthan-Zirconium-Oxid (Li7La3Zr2O12).
Feststoffelektrolyte dieser Art tragen dank ihrer hohen Stabilität ein geringeres Brandrisiko als flüssige Elektrolyten. Die erhöhte Sicherheit geht mit keiner Leistungseinbuße einher; Lithium-Lanthan-Zirkoniumoxid weist eine hervorragende Ionen-Leitfähigkeit bei Zimmertemperatur auf und ist stabiler als viele Lithiumelektroden.
Alternative Materialien wie Lithium-Orthosilicat (Li4SiO4) sind auch für die Herstellung anderer Energiespeichertechnologien (beispielsweise von Feststoffbatterien) lieferbar.
Kohlenstoffelektroden in Energiespeichern sind häufig mit einer Folie umwickelt, um ihre Leistung zu verbessern. Während Kupferfolie als Stromabnehmer eingesetzt werden kann, kommen Nickel, Aluminium und Cobalt auch als Elektrodenpaste (Slurry) in Frage. Das umfassende Werkstoffangebot von Goodfellow deckt alle Aspekte der Energiespeicherproduktion ab. Außerdem liefern wir diverse Graphitmaterialien und Hilfschemikalien wie z. B. Bindemittel.
Neben der Expertise, wenn es um die Beschaffung und Lieferung von Werkstoffen aller Art geht, verfügt Goodfellow über eigene Sputteranlage und kann Materialien, beispielsweise für Feststoffanoden, als Sputtertarget oder in Pulverform liefern.
Für die Spitzenforschung in einem so komplexen und dynamischen Bereich wie der Energiespeicher- und Batterietechnik ist ein kompetenter und innovativer Werkstoffpartner unerlässlich. Goodfellow liefert hierfür hochwertige bzw. kundenspezifische Materialien, welche dazu beitragen, die Forschungs- und Entwicklungszeit zu minimieren. So werden eine umfassende Systemcharakterisierung/-profilierung und die Qualitätskontrolle in der Produktion sichergestellt.
Wenden Sie sich an Goodfellow, um herauszufinden, mit welchen innovativen Werkstoffen wir Ihre neuen Batteriedesigns unterstützen können. Mit unserem Fachwissen können wir Ihnen dabei helfen, das Potenzial von Energiespeichermaterialien in vollem Umfang zu nutzen.
