Natrium-Schwefel-Batterie

Unter den Energiespeichern ist die Natrium-Schwefel-Batterie ein alter Bekannter. Sie wurde schon Ende der 70er Jahre entwickelt und fand einige spezielle Anwendungen. Unter anderem diente sie als Stromversorgung für Satelliten. Wegen ihrer anspruchsvollen Betriebsbedingungen wurde sie durch andere Konstruktionen ersetzt und geriet in Vergessenheit. Lediglich einige Spezialanwendungen verwenden die Batterien weiter. Im Zuge der Elektromobilität und der Pufferung von Solar- und Windenergie könnten diese Batterien eine Renaissance erleben.

Aufbau und Funktionsweise

Im Gegensatz zu anderen Bauformen werden kein flüssiges Elektrolyt und feste Elektroden verwendet. Die Natrium-Schwefel-Batterie geht den umgekehrten Weg. Als Elektrolyt wird natriumhaltiges Aluminumoxid verwendet, für die Anode kommt geschmolzenes Natrium zum Einsatz und als Kathode wird flüssiger Schwefel eingesetzt. Die Zellen sind mechanisch geschützt, um heftige Reaktionen des Natriums mit Wasser zu verhindern. Um die eingesetzten Medien flüssig zu halten, ist eine Betriebstemperatur von 270 bis 350 Grad Celsius erforderlich. Die Zellenspannung liegt zwischen 1,78 und 1,9 Volt im Betrieb und weist als Leerlaufspannung 2,07 Volt auf. Die Akkus vertragen mehrere tausend Ladezyklen und können mit langsamen Entladungen oder hohen Leistungen für kurze Zeit dienen. Allergisch reagieren sie auf Tiefentladung, bei denen die Zellen Schaden nehmen können.

Vor- und Nachteile der Konstruktion

Die verwendeten Grundstoffe des Batterieaufbaus sind preiswert und in großer Menge verfügbar. Das Gewicht der Akkus ist im Vergleich zu anderen Konstruktionen gering. Eine Selbstentladung findet praktisch nicht statt. Die Häufigkeit der Ladezyklen ist groß, wodurch diese Bauform sich für Anwendungen in der Elektromobilität ebenso empfiehlt, wie für stationäre Großanlagen mit langlebiger Funktionssicherheit. Die Möglichkeit des Abrufs größerer Leistungen in kurzem Zeitraum prädestiniert diese Bauform geradezu für den Einsatz in Elektroautos. Nachteilig sind die hohe Betriebstemperatur und die Erfordernis eines Schutzes vor mechanischer Beschädigung, um das Freiwerden der aggressiven Bestandteile Natrium und Schwefel zu verhindern.

Aktuelle und zukünftige Anwendungsgebiete

Aktuell werden Natrium-Schwefel-Batterien in einigen Großprojekten in Japan eingesetzt. Als große Cluster in stationären Batterien zusammengeschaltet und zentral beheizt, speichern sie Solar- und Windstrom als Puffer für Leistungsspitzen im Netz. Die Anlagen sind aufwändig isoliert und besitzen Kapazitäten von mehreren MW Leistung für einige Stunden. Eine nennenswerte Produktion der Batterien findet in den letzten Jahren ausschließlich in Japan statt. Firmen wie NGK und Hitachi verfolgen die Technik weiter. Anwender der genannten Großspeicher zur Energiepufferung ist beispielsweise Tepco. Obwohl die Einsatzbedingungen der Batterien durch ihre Umgebungsbedingungen problematisch sind, könnten die attraktiven Herstellungspreise und das geringe Baugewicht zukünftig Anwendungen für Elektrofahrzeuge umfassen. Darin sind die Akkus anderen Produkten überlegen.