Natrium-Ionen-Batterien - Dr. Bresser

00:00:06: Hast du das Daniel?

00:00:08: Ja, Meeresrauschen.

00:00:10: Herzlich willkommen zu unserer Podcastfolge!

00:00:13: Heute leider doch nicht von der Ostseeküste aber wir haben ein sehr spannendes Thema das mit Meerwasser zu tun hat.

00:00:25: Geladen – Der Batterie-Podcast mit Daniel Messling und Patrick Rosen.

00:00:46: Herzlich willkommen und hallo zu unserer neuesten Podcastfolge.

00:00:50: Grüßt sich Daniel mit der Folge drei!

00:00:52: Wir haben heute ein sehr spannendes Thema, weil es glaube ich eher Nischenthema ist aber auf jeden Fall mehr Aufmerksamkeit erfahren sollte und zwar geht's um Natriumion-Batterien.

00:01:00: So ist es, genau.

00:01:01: Nischenthema auf jeden Fall!

00:01:04: Ich habe den Eindruck dass die Natrium-Ionenbatterie in der Öffentlichkeit zumindest deutlich unbekannter ist als die Lithium-Ion-Batterie und ich glaube das hat auch einen Grund wie uns Herr Prof.

00:01:13: Ehrenberg schon in der ersten Folge dieses Podcasts berichtet hat In der Elektromobilität da geht einfach derzeit nichts an der Lithiumion Technologie vorbei.

00:01:23: Gleichzeitig ist es aber auch so dass die Materialien der Lithium-Ionbatterie, wie wir auch gehört haben nicht ganz unproblematisch sind.

00:01:32: Sag

00:01:32: doch mal ganz kurz was ist jetzt bei den einzelnen Komponenten?

00:01:36: Ruf das noch einmal ins Gedächtnis bitte!

00:01:37: Was ist da

00:01:38: problematisch?!

00:01:39: Ja also die Materialian einer Lithiumionbatteri sind zumindestmal umstritten.

00:01:46: Das ist ja tatsächlich noch eine Debatte, die die Forschung beschäftigt.

00:01:49: Da geht es grundsätzlich um Lithium Kobalt und um Grafit.

00:01:54: Um jetzt nicht ganz aussuchern zu werden, glaube ich kann mich zusammenfassen.

00:01:57: jedes von diesen drei Materialien steht auf seine Weise zumindest in der Kritik aus Sicht der Nachhaltigkeit und das ist sicherlich ein Grund warum die Natrium-Ion-Batterie erforscht wird wenn vielleicht auch nicht der wichtigste Punkt denn ich glaube oder ich hoffe zumindest mal von unserem Gesprächsgast zu erfahren dass ihre Einsatzorte und ihre Anwendungsfelder

00:02:24: hat,

00:02:25: wo die Natrium-Ion-Batterie sogar die Nase gegenüber der Lithium-Ionen-Baterie vorne hat.

00:02:31: Ein ganz spannender Aspekt, den man vielleicht noch zu der Problematik mit Lithium Ionen erwähnen kann ist dass die Europäische Kommission seit Zwei Tausend Elf eine Liste mit kritischen Rohstoffen rausgibt.

00:02:44: Diese Rohstoffe, die du jetzt gerade genannt hast sind tatsächlich zum größten Teil auf dieser Liste.

00:02:50: Jetzt sogar in der aktuellsten Liste auch Lithium und bei eigentlich allen diesen Rohstoffen werden Versorgungsengpässe befürchtet.

00:02:58: Das liegt zum größtem Teil daran dass diese Rohstoff nicht hier in Europa gefördert werden.

00:03:04: Und ich zitiere mal kurz aus diesem Bericht weil das ganz spannend ist Für Elektro-Fahrzeug, Batterien und Energiespeicherung würde die EU verglichen mit der derzeitigen Versorgung der gesamten EU-Wirtschaft.

00:03:28: Dieser Nachfrageanstieg kann, wenn nicht reagiert wird zu Versorgungsproblemen führen.

00:03:33: Also ganz interessant welche Problematik er aufgemacht wird und dass tatsächlich es auch sehr notwendig ist von oberster Stelle in der EU wird es gesagt das auch an Alternativen geforscht wird.

00:03:46: Passend dazu haben wir heute einen sehr interessanten Gesprächsgast im Studio.

00:03:50: Er forscht an diesen alternativen Materialien.

00:03:53: Er ist Forschungsgruppenleiter am Helmholtz-Institut.

00:03:56: Herzlich willkommen im Studio Dr.

00:03:58: Dominik Bresser!

00:03:59: Vielen Dank, freut mich sehr!

00:04:01: Ihr Forschungsfeld ist die Natrium-Mion-Batterie?

00:04:03: Vielleicht mal als erste Frage hier in diesem Podcast.

00:04:06: Siebzig Prozent der Erdoberfläche ist ja mit Meereswasser bedeckt.

00:04:10: da

00:04:10: steckt Natrium drin.

00:04:12: wo kommt denn Natrium sonst noch als Rohstoff auf der Erde vor?

00:04:15: Natrium kommt natürlich in vielen verschiedenen Verbindungen vor aus der Welt.

00:04:21: Wesentliche Quelle ist allerdings Natriumchlorid.

00:04:25: Das gelöste sind mehr Wasser.

00:04:27: beispielsweise, wir haben da eine Konzentration von ungefähr elf Gramm pro Liter Wasser das heißt es relativ hoch und dann gibt es eben auch noch Salzlagerstätten überall auf der Welt was aber am Ende eigentlich nichts anderes als getrocknete Meerwasser.

00:04:41: also das sind die wesentlichen Quellen für die Gewinnung von Natrium ist eben einfach tatsächlich Natriumchlorid auf die eine oder andere Weise aus Meerwasser.

00:04:51: Mich würde natürlich interessieren, da kommen wir später noch drauf wie man tatsächlich dieses Salz dann nutzt.

00:04:59: Da haben sie ja die innovative Idee der Salzwasser-Batterie, vielleicht stellen Sie aber jetzt mal grundsätzlich vor wie eine Natrium-Ionbatterie im Gegensatz zur Lithium-Ionenbatteri funktioniert?

00:05:12: Wir haben ja in den letzten Podcasts gehört, wie grundsätzlich eine Batterie aufgebaut ist und wie sieht das bei der Natriumionbatteries aus!

00:05:19: Also da ist die Natriumion-Batterie tatsächlich genau gleich aufgebaut wie die Lithium-Baterie.

00:05:25: Das heißt wir haben eine negative Elektrode, da haben wir ein Aktivmaterial das reversibel Lithium oder Natriumionen aufnehmen kann.

00:05:33: Wir haben den Elektrolüten der elektrisch isolierend wirkt aber eben ionisch leidend also Natrium oder Lithiumionen erlaubt quasi von der negativen zu positiven Elektroden zu wandern oder andersrum.

00:05:47: Und wir haben die positive Elektronen mit einem aktivem Material, das reversible Lithium bzw.

00:05:51: Natriumion aufnehmen kann.

00:05:52: Das heißt da unterscheiden sich die beiden Technologien vom Grundsatz her nicht außer dass natürlich der Ladungsträger eben dann nicht Lithium sondern Natriumionen sind.

00:06:01: Ist es denn tatsächlich auch so?

00:06:03: Dass die ganzen Forschungsprozesse, die Entwicklungsprozese und nachher vielleicht dann die Zellfertigung dass man da sehr viele Erfahrungen einfach schon von der Lithium-Ion-Technologie mit aufnehmen kann und dann auch wieder verwenden kann, also das man da zeit spart im Prinzip insgesamt.

00:06:21: Das ist sicherlich einer der großen Vorteile beim Übergang von Lithiumion auf Natriumionbatterien ist genau das.

00:06:29: Wir können im Prinzip die Fertigungsprozesse so wie sie sind übernehmen eins zu eins denn die Elektroden werden ja auf die gleiche Weise hergestellt.

00:06:39: Man verwendet auch in diesem Falle im Wesentlichen ein Elektrolyt, der basiert auf einem Natriumsalz als Leitsalz und einer organischen Flüssigkeit.

00:06:49: Auch da gibt es relativ große Ähnlichkeiten tatsächlich zwischen den beiden Technologien.

00:06:54: Und man verwende beispielsweise auch den gleichen Separator das gleiche Zeltcasing des selben Häuser von daher ja das.

00:07:03: eine der großen Vorteile denke ich dass man da relativ vergleichbare Prozesse nutzen kann, sodass man da nicht das Rad neu erfinden muss.

00:07:11: Wenn wir jetzt schon auf Vor- und Nachteile mal zu sprechen kommen... wenn wir die jetzt direkt gegenüberstellen?

00:07:16: Auf der einen Seite die Lithium-Ion-Batterie, auf der anderen Seite Natrium-Ionenbatterie welche Vor-und-Nachteile lassen sich denn jetzt in puncto Leistung, Energiedichte aber auch so was wie Sicherheit und Grüße letzten Endes feststellen.

00:07:31: Also

00:07:31: hinsichtlich der Leistungen quasi Arbeit pro Zeit im physikalischen Sinne, tun sich die beiden Technologien theoretisch nichts.

00:07:44: Also am Ende hängt alles tatsächlich davon ab welche Aktivmaterialien verwende ich an der negative Elektrode?

00:07:50: Welche Aktiv-Materiale verwende Ich an der positiven Elektroder und welchen Elektrolyten verwendet?

00:07:56: Und dann kann die Leistung der beiden Batteriezellen aus theoretischer Sicht aber auch aus praktischer Sicht vergleichbare Werte annehmen.

00:08:04: Ein Unterschied ist sicherlich, dass die Energiedichte also die Menge an Energie quasi, die speichern kann pro Masse und Volumen aktuell noch und vermutlich auch in Zukunfts in den Natrium-Millionenbatterien etwas geringer als in den Lithium-Millonenbaterien.

00:08:24: Das führt dazu, dass die Zelle am Ende genauso groß ist.

00:08:27: Also man verwendet das gleiche Gehäuse so dass die beiden Batterietüpen per se eigentlich direkt austauschbar sind.

00:08:36: Man hatte etwas weniger Energie gespeichert auf dieses gleiche Volumen.

00:08:40: Aber heißt es nicht doch, dass man einfach größere Batterien bauen müsste um die gleiche Menge an Energie abzurufen?

00:08:48: Oder würde man Natriumbatterien einfach da einsetzen wo generell einfach weniger Energie benötigt wird?

00:08:54: Das ist eine Möglichkeit.

00:08:55: Man muss natürlich sich überlegen, dass zum Beispiel auch die Lithium-Union-Batterie über die vergangenen dreißig Jahre jedes Jahr ungefähr zehn Prozent energiedichte gewonnen hat.

00:09:05: Das heißt hier haben wir ja quasi das äußeren Dimension lange nicht verändert aber die energiedichte Prozelle ist gestiegen.

00:09:14: D.h.,

00:09:15: die Spannung bleibt gleich beispielsweise der Zelle.

00:09:18: Die energie-dichte steigt, das heißt dass mein Handy und mein Laptop was auch immer eben mit der gleichen Spannung betrieben wird aber jetzt statt zwei Stunden drei Stunden hält.

00:09:28: Und analog wäre das mit einer Natriumion Batterie.

00:09:30: ich packe im Prinzip die gleiche Batteriezelle rein und müsste eben dann vielleicht nach zwei Stunden wieder neu laden.

00:09:39: Das ist im Prinzip beliebig austauschbar.

00:09:42: Ich kann natürlich einfach noch eine Zelle mehr nehmen.

00:09:47: Wenn Sie sich jetzt mal vorstellen, wir haben die Markteinführung in den nächsten Jahren.

00:09:52: Was sind denn so Einsatzorte für die Natrium-Ionenbatterie?

00:09:55: Wo sie sich gut vorstellen könnten dass das tatsächlich weltweit sich durchsetzt.

00:10:00: Sind das stationäre Energiespeicher oder kann es tatsächlich auch im kleineren Version irgendwie im Alltag vorkommen?

00:10:07: Also denkbar ist natürlich jeder Anwendungen bei der auch Lithium-Ionbatterien zum Tragen kommen.

00:10:15: aber Wenn ich natürlich weniger Energiedichter habe auf die gleiche Masse, auf das gleiche Volumen.

00:10:21: dann kommen Anwendungen wo es genau darauf ankommt.

00:10:25: Natürlich weniger in Frage.

00:10:27: Da sind im Wesentlichen Elektromobile aber auch zum Beispiel Smartphones wo man ja tatsächlich sehr flache sehr leichte Batterien haben möchte und trotzdem die trotzdem besonders lange halten.

00:10:39: Das würde ich dann tatsächlich weniger sehen für den Natriumnionbatterie zumindest in den nächsten Jahren.

00:10:44: eher stationäre, wo es einfach darauf nicht ankommt.

00:10:48: Wie groß wie schwer die Batterie ist oder auch sowas wie E-Bikes beispielsweise, wo's dann am Ende vielleicht zumindest im Hobbybereich auf das ein oder andere Gramm am Ende auch nicht ank

00:10:58: kommt.".

00:10:58: Das hört sich ja alles schon ziemlich positiv an ehrlich gesagt so als Alternative.

00:11:04: Wie ist das denn aus Ihrer Sicht?

00:11:06: liegt da wirklich auch gerade ein großer Forschungsfokus und von einzelnen Zellherstellern auch schon irgendwie drauf oder ist das doch noch nischen Thema im Moment.

00:11:15: Es gibt erste Unternehmen in England beispielsweise, die sich darauf konzentrieren also die tatsächlich als Kernprodukt-Natremionmaterien haben.

00:11:25: es gibt große Forschungsverbünde in Europa insbesondere in Frankreich Aber auch hier in Deutschland, natürlich.

00:11:31: In China, in Asien allgemein aber auch in den USA.

00:11:35: Wo Natrium-Ironenbatterien erforscht werden?

00:11:38: Dann anschließend gleich noch die Frage... Was schätzen Sie denn?

00:11:42: wie nah ist das an der Markteinführung?

00:11:44: Also wie viele Jahre kann man das überhaupt sagen oder dauert das noch?

00:11:49: So was ist aus Forscher Sicht immer so ein bisschen der Blick in die Glaskugel.

00:11:55: Ich denke mal da die Unternehmen, die sich damit beschäftigen und sie sich darauf konzentrieren nach dem jungen batterien zu entwickeln und auch auf den markt zu bringen Wahrscheinlich nicht beliebig ihre investoren hinhalten können würde ich mal schätzen dass es Einige Jahre wahrscheinlich dauern wird also vielleicht drei fünf so in der art.

00:12:19: aber Da würde ich jetzt auch nicht allzu viel auf meine Aussage gegeben, das ist mehr ein educated guess.

00:12:27: Jetzt hatten wir vor ein paar Jahren hier eine sehr große Medienresonanz zu dem Thema Apfelbatterie.

00:12:34: Wir hören da gleich mal einen Einspieler, es kam sogar bis in die Rate-Frage Show der ID.

00:12:41: Wer weiß denn sowas?

00:12:43: Das hören wir uns gerade an.

00:12:48: Aus welchen Lebensmitteln

00:12:50: könnte in Zukunft eine Alternative zur Lithium-Ionen-Batterie hergestellt werden.

00:13:03: Dazu gibt es eine ganz interessante Anekdote, wie sie eigentlich auf diese Apfelbatterie gekommen sind.

00:13:10: Vielleicht können Sie das mal kurz erklären?

00:13:12: Wir hatten vor einigen Jahren einen Doktorand aus China, der erzählt die Geschichte so... dass er eines schönen Herbsttages an der Donau entlang spaziert ist und auf der Wiese diese vielen Äpfel herum liegen sah.

00:13:27: Und sich dachte, das wäre doch eigentlich sehr schade, dass die Äpfeln da auf der wiese rumliegen und verfaulen.

00:13:34: Also außer natürlich, dass irgendwelche Tiere sich davon ernähren.

00:13:38: Dann hat er sich überlegt Was könnte man denn stattdessen tatsächlich mit diesen Bio-Abfällen machen?

00:13:46: Und wie könnte man diese Äpfel noch verwerten, wenn man sie dann nicht mehr essen möchte.

00:13:52: Dann kam eben auf die Idee, dass man damit ja eigentlich sogenannte Hard Carbens oder ungeordnete Kohlenstoffe herstellen könnte, die man als Aktivmaterial für Natrium-Batterien verwenden kann

00:14:07: Ja gesagt getan, dann haben sie in ihrer Gruppe diese Bioabfälle noch stärker untersucht und sie eben als Aktivmaterial in ersten Testbatterien eingesetzt.

00:14:18: Wie sind denn die Ergebnisse so gewesen?

00:14:20: Tatsächlich waren die Ergebnisse besser als erwartet.

00:14:26: Wir haben dann uns mehr eben auf Apfelreste konzentriert, weil wir es für extrem kritisch halten irgendwelche Lebensmittel zu verwenden.

00:14:35: Für die Herstellung von irgendwelchen Materialien deswegen eben tatsächlich nur die Reste, die man auch sonst nicht mehr verwerten würde.

00:14:42: Wir haben herausgefunden wie gesagt dass das mit den Apfelresten ganz hervorragend funktioniert und haben uns dafür interessiert.

00:14:49: warum ist das denn so?

00:14:52: Denn aus Chemischer Sicht sind organische Materialien, natürlich erst mal.

00:14:56: Organische Materialie müssen ja nur auf Kohlenstoffen, auf ein bisschen Wasserstoffe, ein bisschen Stickstoff und haben uns dann eben tatsächlich auch noch andere Bioabfälle angeschaut, beispielsweise Erdnusschalen und haben festgestellt dass die sogar noch besser funktionieren.

00:15:11: und das liegt eben daran bestimmte Substanzen eben tatsächlich wichtig zu sein, scheinen für die Menge an Natriumen, die wir reversibel in diesem Material anspeichern können.

00:15:23: Das ist in den Erdnusscheilen insbesondere Lignin und es scheint einen vorteilhaften Effekt zu haben für die Performance der Batterie am Ende.

00:15:32: Daniel jetzt habe ich mal eine Frage an dich.

00:15:34: Du hast damals noch am Helmholtz-Institut gearbeitet.

00:15:36: Stimmt das hier lokale Apfel?

00:15:39: Bauern angerufen haben und gefragt haben, ihr baut doch jetzt Batterien aus Apfelresten.

00:15:45: Kann ich bei euch auf dem Parkplatz alte Äpfel abladen?

00:15:49: Wenn er die quasi zum Bau der Batterien benötigt, stimmt die Geschichte?

00:15:53: Ja tatsächlich!

00:15:54: Dadurch dass das so eine große Medienresonanz hatte, haben wirklich viele angerufen und auch grundsätzlich Bürger, die das einfach des Thema interessiert hat, die gesagt haben, ja ich habe ein paar Apfelbäume und soll ich da mal was vorbeibringen?

00:16:04: Ich hab dann immer sehr viel Fallobst Kann mich, glaube ich auch erinnern das es sogar mal so Gedanken über eine Kooperation gab oder?

00:16:14: Ich glaub sie waren dann mal mit einer Delegation tatsächlich bei so einem Apfelsafthersteller oder sowas.

00:16:20: Ja genau da gab's tatsächlich mal den Gedanken das hochzufahren.

00:16:25: quasi aktuell haben wir auch ein Forschungsprojekt in dem es darum geht eben genau das zu erreichen.

00:16:32: also wir arbeiten ja bei uns im Labor im Wesentlichen doch an eher Ich sag mal im Kleinmarsch da.

00:16:38: Also wir bauen sogenannte Knopfzellen beispielsweise, das kennen die Leute vielleicht auch aus dem Supermarkt und die grundlegende Idee dieses Forschungsprojektes ist, dass eben jetzt tatsächlich hochzufahren auf die zylindrischen Zellen, die man beispielsweise früher auch im Laptop verwendet hat oder heute noch in Autos teilweise und dafür genau eben auch solche Kooperationen einzugehen mit Material potenziellen Materialherstellern oder Lieferanten, die eben solche Bio-Reste dann auch in großen Maßstabs zur Verfügung stellen können.

00:17:11: Sie erforschen ja auch andere Materialkombinationen für Anode, Cutthode und Elektrolyt.

00:17:17: Ein anderes Beispiel ist die sogenannte Salzwasserbatterie, die sie auch erforscht.

00:17:22: Und zwar kommt mehr Wasser zum Einsatz.

00:17:25: Vielleicht stellen Sie das kurz unseren Hörer noch mal vor?

00:17:28: Wir haben bisher beim bei der Apfelbatteri feste Stoffe gesehen, in dem Fall ist mehr Wasser ein Bestandteil dieser Batterie.

00:17:36: Können Sie das kurz vorstellen?

00:17:37: Ja der Aufbau ist im Prinzip wieder ähnlich.

00:17:40: eigentlich zur Natriumion-Batterie Wir haben an der negativen Elektrode kann man sehr gut zum Beispiel auch diese Hard Carbons aus Bioabfällen verwenden.

00:17:51: Der große Unterschied kommt jetzt, dass man eben auch in der positiven Elektrode wo man zum Beispiel sonst eigentlich so Natriumübergangsmetalloxid verwenden würde.

00:18:01: Da verwendet man eben genau Salzwasser oder mehr Wasser also Wasser das salzig ist am Ende als Quelle für die Natriumilion.

00:18:10: Der große Vorteil ist, dass im Prinzip eben man spart sich die Übergangsmetalle Man kann im Prinzip das Wasser so wie es direkt verwenden.

00:18:19: Das heißt, man hätte hier keine größeren Herstellungskosten oder Prozessierungskosten.

00:18:25: Man muss natürlich die Batteriezelle am Ende etwas anders gestalten.

00:18:29: Denn es kommt ja dann vor allem darauf an dass wir, wie gesagt, die negative Elektrode können wir prinzipiell wieder aus der Natrium-Mio Technologie übernehmen.

00:18:39: Wir müssen diese aber natürlich physisch separieren von der positiven Elektrode, denn die darf mit dem Meerwasser natürlich nicht in Kontakt kommen.

00:18:47: Das heißt wir brauchen hier einen physisch trennenden Elektrolyt in der Mitte was in der Regel durch kiramische Elektrolüte oder einfach feste Elektrolöte gewährleistet werden kann.

00:18:59: und dann brauchen wir natürlich an der positifen Elektroede quasi ein Austausch wo wir das Meerwasserein leiten und wieder ausleiten können.

00:19:06: Genau!

00:19:06: Aber das ist so im Prinzip Die Grundidee.

00:19:10: Ja, an dieser Stelle kann ich wunderbar die Frage von Herrn Professor Fichtner im letzten Podcast zum Thema Salzwasser-Batterien stellen.

00:19:17: auch er ist interessiert an der Funktionsweise und dem Aufbau.

00:19:20: offensichtlich.

00:19:21: Er hat gleich drei Fragen für Sie.

00:19:24: Ich fange mal an, er vermutet dass Salzwassabaterien generell für die stationäre Anwendung gebraucht werden.

00:19:30: Und dann fragt er speziell Kann man immer das Gleiche Seewasser verwenden oder muss die Batterie in Sehnähe stehen so dass ein ständiger Wasseraustausch gewährleistet ist.

00:19:40: Und wenn das so ist, fragt er noch was in dem Abwasser drin?

00:19:44: Ja also fangen wir mal an!

00:19:45: Seine erste Frage war Kann man immer das gleiche Seewasser verwenden?

00:19:49: Theoretisch geht es.

00:19:51: Also theoretisch kann man immer dassgleiche Wasser nehmen.

00:19:54: Man muss dabei allerdings berücksichtigen, dass die Konzentration von Nazrim im Meerwasser relativ hoch ist mit elf Gramm pro Liter.

00:20:03: Jetzt ist natürlich elf Gramm Pro Liter für Wasser hoch für ein Natriumübergangsmetalloxid.

00:20:09: natürlich besteht da kein Vergleich.

00:20:11: Das heißt, da ist die Konzentration der Natriumprogramm also pro Masse und Volumen deutlich höher.

00:20:18: Wenn wir das gleiche Wasser nehmen wollten bräuchten wir irgendwo einen Tank mit Wasser um die ausreichende Menge an Natrium am Ende tatsächlich zu haben.

00:20:28: Und deswegen auch zur zweiten Frage Deswegen kann man die Batterie per See überall aufstellen einen ausreichend großen Tank für das Wasser irgendwo in der Nähe.

00:20:40: Aber das macht natürlich dann wieder den Scham aus, wenn ich schon am Meer bin und Küsten näher habe, dann brauche ich diesen Tank nicht, denn dann hab' ich den Tank ja quasi vor der Tür.

00:20:51: Das heißt, dass ist der klare Vorteil natürlich diese Batterie in Küsten, in Meeresnähe zu Salzwasser quasi zu installieren und sie eben nicht im Landesinneren stehen zu haben.

00:21:05: Aber per se ist beides denkbar.

00:21:07: Gibt es da irgendwelche Abwässer, die dadurch entstehen?

00:21:10: Oder was ist sozusagen in dem Strom des Salz-Wassers drin, das dann prinzipiell wieder aufs Meer geleitet wird?

00:21:17: Ja, wir verwenden im Wesentlichen ja als Aktivmaterial quasi das Natriumchlorid, dass gelöstes in Wasser also Natriumklorid im Prinzip Schweißesalz.

00:21:28: wenn wir jetzt Natrium Chlorid quasi herausnehmen aus dem Meerwasser, denn nichts anderes machen wir ja.

00:21:34: Dann nehmen wir eben die Nahtkrimion und lagern sie in die negative Elektrode ein.

00:21:39: dabei wird natürlich gleichzeitig Chlorgas frei.

00:21:42: Die Grundidee ist das quasi auch ökonomisch sinnvoll zu nutzen und dieses freigewordene Chlorgaz aufzufangen Und dann eben analog wie jetzt auch Chlor-Gas eben so verwenden beispielsweise zur Desinfektionszwecken oder was auch immer.

00:21:56: Jetzt möchten wir am Ende das Natrium natürlich auch wieder zurück ins Meerwasser bringen.

00:22:02: Das funktioniert, hervorragend.

00:22:04: reversibel tatsächlich hier auch aber das Chlor ist ja schon entwichend des Chlorgas

00:22:09: d.h.,

00:22:10: dass Natrium kann nicht mehr mit dem Chlor reagieren so wie wir es eigentlich als Natriumchlorid hatten.

00:22:15: was es dann stattdessen macht ist, dass es eben Natriumhydroxid bildet also quasi Wasser in H plus und OH minus aufgespalten wird.

00:22:24: d. h. Wir hätten Und da kommt auch wieder der Punkt dann, wir hätten wenn wir quasi einen stationären Speicher haben in dem das Wasserreservoir quasi das Gleiche ist konstant würden wir eine Veränderung des pH Wertes beobachten.

00:22:40: Wenn wir das natürlich mit mehr Wasser machen – mit Trillionen Billionen, ich weiß es auch nicht, Hektoliter von Wasser dann sollte dieser Effekt tatsächlich vernachlässigbar sein.

00:22:53: Machen wir mal das Gedankexperiment, da stehen jetzt einige große stationäre Energiespeicher beispielsweise an der Nordsee oder Ostsee kann man so viel Energie speichern dass wir damit beispielsweise ein deutsches Energienetz stützen könnten ähnlich wie beispielsweise Pumpspeicherkraftwerke oder ähnlich größere Speichermodelle.

00:23:16: Ist das möglich?

00:23:17: Stützen im Sinne von Mitstützen sicherlich.

00:23:20: Stützen in Sinne von alleine stützen, das wird schwierig denke ich.

00:23:24: Ich denke dass es am Ende also... Es ist ein Baustein denke ich der mit Verwendung finden kann eben um Energie Sicherheit in Deutschland zu gewährleisten.

00:23:35: Das ist allerdings jetzt nicht die Ultima Ratio die alle unsere Probleme lösen wird.

00:23:40: Schade eigentlich!

00:23:42: Ja, Sie haben eben gerade auch nochmal zwei andere Vorteile im Nebensatz genannt.

00:23:47: Beispielsweise die Temperatur – es gibt ja immer bei Lithium-Ionen-Batterien die Problematik, dass sich so eine Zelle einfach nicht erhitzen darf und dann sogar explodieren kann.

00:23:59: Das ist offensichtlich bei der Natrium-Baterie speziell bei der Salzwasserbatterie überhaupt gar kein Problem oder?

00:24:05: Der operative Temperaturbereich einer solchen Natriumsalzwasserbatteri definiert durch das Wasser am Ende.

00:24:14: Das heißt, wir dürfen nicht unter Null weil dann friert das Wasser, dann fließt es nicht mehr und wir dürfen über hundert Grad, weil dann verdampft ist.

00:24:22: aber in dem Bereich ist es tatsächlich vermutlich relativ flexibel.

00:24:28: D.h.,

00:24:29: die Wassersite ist unkritisch so lange es nicht unter null und nicht über Hundert Grad Celsius geht.

00:24:35: Wichtiger ist der Elektrolyd, der an der negativen Elektrolle verwendet wird.

00:24:42: limitierende Faktor.

00:24:43: Aber kommen wir nochmal zur Anwendungsebene, vielleicht könnten wir noch mal drauf eingehen auf diese Vision die Sie gerade hatten das dann vielleicht überall an Nord und Ostsee an der Küste dieser stationären Speicher stehen.

00:24:56: wie ist das gedacht?

00:24:57: sollen die dann beispielsweise Energie von Windrädern die vor der Küstel alle stehen speichern können?

00:25:02: oder Was gibt es denn noch für Möglichkeiten?

00:25:04: Das

00:25:04: ist sicherlich eine Möglichkeit, also Windräder in Küsten und Meeresnähe.

00:25:09: Und da eben tatsächlich dann direkt die gewonnene Energie zu speichern.

00:25:16: Genauso – und vielleicht sogar fast noch wichtiger sind natürlich Offshore-Anlagen wo die Energie von den Windrädern direkt gespeichert werden kann, da wo sie entsteht Und analog natürlich auch die Verwendung auf Bohrinseln, wo sie relativ weit abgeschnitten sind.

00:25:33: Natürlich von irgendeiner Stromquelle.

00:25:36: das sind so ich sag mal die drei wesentlichen avisierten Anwendungsgebiete für diese Salzwasser Batterie

00:25:44: und wie muss man sich da die Dimension vorstellen?

00:25:46: Wie groß wäre dann so ein Speicher?

00:25:49: also Die Idee ist schon dass man in den Container Bereich geht quasi also dass wir eben in einem Container entsprechend die Zellen anordnen, bei gleichzeitig quasi auch als Kompaktsystem.

00:26:03: Also man hat in diesem Container dann die Batteriezellen mit einer entsprechenden Anordnung.

00:26:08: Man hat Pumpwerke, man hat eben im Prinzip das ganze drum herum was man noch braucht eventuell ein Batteriemanagement-System alles was man braucht quasi in einem Container und damit ist das System dann abgeschlossen.

00:26:21: aber diese Größe muss man sicherlich erwisern sonst macht es weniger Sinn.

00:26:25: Jetzt würde mich doch noch mal interessieren, wir haben jetzt ganz viel über die Vorteile dieser Salzwasserbatterie geredet.

00:26:33: Vielleicht so parallel zur anfänglichen Diskussion über Natrium-Baterien allgemein?

00:26:38: Welche Nachteile hätte denn so eine Salzwassabatterie wenn man sie tatsächlich installiert aufstellt und dann auch nutzt?

00:26:45: also welche Nachteilen sehen Sie konkret, die wahrscheinlich auf Sie zukommen werden falls denn sowas mal konkretisiert wird und in großaufgebaut wird?

00:26:54: Sie haben das schon gesagt, die Batteriezelle wird halt sehr groß.

00:26:58: Das ist natürlich je nach Anwendungsgebiet.

00:27:00: aber wie gesagt das sind nicht die avisierten Anwendunggebiete da spielt Größe weniger eine Rolle.

00:27:06: Von daher ist es nicht direkt ein Nachteil, sondern ein Faktum dass das nun mal einfach so ist.

00:27:13: Am Ende wird es viel darauf ankommt welche Materialien verwende ich an der negativen Elektrode?

00:27:19: Welches Aktivmaterial?

00:27:21: Welchen Elektrolyten verwende um quasi negative und positive Elektrode physisch zu trennen.

00:27:28: Da wird es viel darauf ankommen, also... Und da muss man eben dann sehr darauf achten dass die Materialien auch unter dem Gesichtspunkt Nachhaltigkeit ausgewählt werden.

00:27:38: Dann sehe ich da nicht zwingend irgendwelche Nachteile bei der Batterie-Zelle.

00:27:44: Die große Frage ist am Ende, wie wir die Zelle am Ende aussehen?

00:27:48: Also werden das tatsächlich wird es quasi so eine Art Plattenzelle oder wird das eher was Rundes und wie verbinden wir sie denn.

00:27:57: Wir haben auch einige Berechnungen angestellt, was die Skalierung angeht beispielsweise Und am Ende geht es natürlich auch und das sind dann eher Ingenieurs technische Fragen.

00:28:08: Wie fließt das Wasser?

00:28:09: Mit welcher Geschwindigkeit muss das Wasser fließen, damit wir die Menge an Natrium, die wir brauchen aufnehmen?

00:28:15: Welche Leitfähigkeit muss der Elektrolyd am Ende haben insbesondere der Feste?

00:28:22: Das sind Viele Fragen, die in der kleinen Laborzelle so eigentlich nicht aufkommen.

00:28:29: Da haben wir relativ viel Wasser.

00:28:30: Wir müssen das nicht fließen lassen.

00:28:32: Wir können ein kleines Becken nehmen und sowas.

00:28:35: Das ist halt die andere Möglichkeit.

00:28:36: Lassen wir das Wasser fließen oder bringen wir die Batteriezell am Ende in das Wasser ein einfach?

00:28:41: So dass das quasi der natürliche Fluss ist.

00:28:45: Das sind wichtige Fragestellungen, die die auftreten.

00:28:49: Sobald man größer denkt.

00:28:50: Aber so wie ich das verstanden habe haben sie ja jetzt schon so Prototypen sogar im Keller stehen bzw erste Prototype sind bereits gebaut?

00:28:59: Genau aber da sind halt Prototyp bei uns im Keller.

00:29:05: Die sind Handflächen groß sage ich mal.

00:29:09: Die Prototypingen die Kollegen in Korea beispielsweise gebaut haben Handtaschen, kleinen Koffer groß.

00:29:18: Aber wir haben über Container gesprochen und wenn wir über Containersprechen also über diese Größe dann ist er eben tatsächlich noch relativ viel unklar was den Wasserfluss angeht?

00:29:29: Wir haben lange überlegt beispielsweise ob es nicht Sinn macht einfach eine Art offene Zelle wie gesagt ins Meer einzubringen mit dem natürlichen Fluss des Wassers zu arbeiten.

00:29:40: das hat viele Vorteile.

00:29:41: Man kann sich beispielsweise das Pump-System im Prinzip sparen.

00:29:46: Das hat allerdings eben auch leider den Nachteil, dass jede Komponente gerade was die negative Elektrode anbelangt extrem dicht sein muss damit der Jahr kein Wasser eindringen.

00:29:57: Das ist natürlich leichter bei einem pumpenbasierten System zu realisieren.

00:30:02: Gleichzeitig darf diese Komponenten dürfen nicht rosten.

00:30:07: Das heißt, das hat noch mal eine ganz andere Perspektive auf die Anforderung was die Materialien angeht und was das Design der Zelle angeht also wenn wir mit einem Pump-System arbeiten.

00:30:16: Eine sehr schöne Überleitung!

00:30:17: Vielen Dank dass Sie da waren.

00:30:19: in der nächsten Folge geht es um eine andere Alternative zu Lithium-Mion-Batterien nämlich Magnesium-Baterien.

00:30:27: unser Gast dann wird Doktor Montaja Anyas sein Und wie immer können sie ihr zu dem Thema eine Frage stellen

00:30:35: Was mich tatsächlich interessieren würde, auch weil wir uns ja heute zu Beginn darüber unterhalten haben über die Verfügbarkeit von Magnesium.

00:30:42: Also Magnesum ist ja tatsächlich eines der häufigsten Elemente auf der Erde.

00:30:48: aber wie weit praktisch verfügbar ist Magnesuum am Ende?

00:30:52: Wie viel Magnesumen können wir sinnvoll relativ leicht gewinnen aus der Natur?

00:30:58: Das würde mich tatsächlich Interessieren!

00:30:59: Ja, wir leiten

00:31:00: die Frage gerne weiter.

00:31:02: Wenn Sie jetzt noch Fragen zu Hause haben an Dominic Bresser dann e-mellen sie uns doch Daniel.meslingatkit.edu oder Patrick.rosenatkIT.edu.

00:31:13: Wir leiten diese Frage dann weiter Oder Sie können uns auch per Twitter erreichen und zwar Helmholtzinstitut Ulm und Polis Exzellenzklaster.

00:31:21: Vielen Dank fürs Zuhören.

00:31:22: Alles Gute Bis zum nächsten Mal!

00:31:31: Geladen, der Batterie-Podcast

00:31:49: mit Daniel Messling und Patrick Rosen.