Fraunhofer Hybrid-Speicher Schnelle Konkurrenz für Batterien

Redakteur: Silvano Böni

Wer bremst, verliert. Vielleicht nicht das Rennen, aber in jedem Fall Energie, die vorher in den Antrieb investiert wurde. Zwar gibt es immer mehr Ansätze, Bremsenergie zurückzugewinnen. Doch häufig scheitert Rekuperation, weil geeignete Speicherlösungen fehlen. Im Projekt FastStorageBW entsteht ein ebenso schneller wie leistungsstarker Hybrid-Speicher, der dies ändern könnte.

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In den Energy-Recovery-Systemen (ERS) der Formel 1 werden bislang Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt.
In den Energy-Recovery-Systemen (ERS) der Formel 1 werden bislang Superkondensatoren und Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt.
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Auch Formel-1-Piloten sollen Sprit sparen. So hat es der Motorsport-Verband FIA beschlossen und Renn-Boliden ein Energie-Rückgewinnungs-System verordnet: Bremsen die Fahrer beispielsweise wegen einer Kurve ab, wird ein Teil der Bremsenergie gespeichert. Anstatt zwischen den Bremsscheiben als Wärme nutzlos zu entweichen, steht sie bei einem der nächsten Beschleunigungsvorgänge als zusätzlicher Schub wieder zur Verfügung. «Auch in Serienfahrzeugen werden künftig häufiger Systeme zur Rückgewinnung von Bremsenergie zu finden sein», ist sich Joachim Montnacher sicher. Der Leiter des Geschäftsfelds Energiewirtschaft am Fraunhofer IPA koordiniert ein Forschungsprojekt, das nicht nur Rekuperationssysteme einen grossen Schritt voranbringen könnte.

Bislang speichern Rekuperationssysteme zurückgewonnene Energie hauptsächlich in Batterien, gelegentlich auch in Kondensatoren. Optimal ist weder das eine noch das andere. So können Batterien zwar deutlich mehr Energie aufnehmen als Kondensatoren, brauchen dafür aber relativ viel Zeit zum Laden, während Kondensatoren in der Lage sind, Ladungen sehr schnell aufzunehmen und wieder abzugeben. Doch selbst leistungsstarke Kondensatoren mit einer hohen Energiedichte, sogenannte Supercaps, können die aufgenommene Energie nicht sehr lange halten. Zudem reicht ihre Speicherkapazität nicht an die von Batterien heran. «Im Projekt FastStorageBW haben wir uns deshalb zum Ziel gesetzt einen Hybrid-Speicher zu entwickeln, der die Vorteile von Batterien und Superkondensatoren in sich vereint», erklärt Montnacher, «eine hohe Leistungsdichte, gepaart mit einer hohen Energiedichte und einer extrem hohen Zyklenfestigkeit.» Die Umsetzung des Projekts FastStorageBW wurde durch die Förderung des Ministeriums für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg ermöglicht.

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Weltweite Marktführerschaft

Die ersten Versuche wurden bereits erfolgreich abgeschlossen. Der nächste Schritt ist geplant: die Entwicklung von Materialkomponenten und Fertigungsverfahren. Ein wichtiger Partner dabei ist die Varta Microbattery GmbH. Varta will die in Fast-StorageBW entwickelte PowerCaps-Technologie zur Serienreife führen und in Serie produzieren. «PowerCaps schliessen die Lücke zwischen Superkondensatoren und Batterien. Die PowerCap-Technologie eröffnet uns die Chance auf eine weltweite Marktführerschaft in diesem Segment. Selbst in Asien sind bis jetzt noch keine vergleichbaren Produkte auf dem Markt», berichtet Edward Pytlik von der Varta Microbattery GmbH in Ellwangen.

Der Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung sieht für den neuen Speicherzellen-Typ vor allem Vorteile hinsichtlich Energiedichte, Sicherheit, Lebenserwartung und Kosten. «Das Marktpotenzial ist erheblich», so Pytlik. «Bereits heute liegt es bei zirka einer halben Milliarde Euro und in vier bis sechs Jahren könnten es zwei bis drei Milliarden Euro sein», schätzt er. Vor allem die besonderen Anforderungen bei der Energierückgewinnung – sei es in industriellen Anwendungen oder in Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen – verlangten nach der neuen Speichertechnologie: Je schneller und aufnahmefähiger der Speicher, desto mehr Energie lasse sich zurückgewinnen.

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