Die Forschung und Entwicklung im Bereich der Batterietechnologie hat in den letzten Jahrzehnten enorme Fortschritte gemacht. Während Lithium-Ionen-Batterien derzeit den Markt dominieren, gewinnen alternative Technologien wie die Salzbatterie zunehmend an Bedeutung. Dieser Blogbeitrag beleuchtet die Vorteile, Herausforderungen und das Zukunftspotenzial der Salzbatterie, insbesondere im Kontext der Speicherung erneuerbarer Energien.

Was ist eine Salzbatterie?

Eine Salzbatterie, oft auch als Natriumchlorid-Metall-Batterie (SMC) bezeichnet, nutzt eine Salzschmelze bei hohen Temperaturen, um elektrische Energie zu speichern. Der chemische Prozess basiert auf der Reaktion von Natriumchlorid (Kochsalz) und Nickel, die zu Nickelchlorid und Natrium umgewandelt werden. Ein Festkörper-Elektrolyt aus β-Keramik dient dabei als Separator zwischen Anode und Kathode.

Funktionsweise der Salzbatterie

Die Funktionsweise der Salzbatterie kann anschaulich durch eine humorvolle Geschichte beschrieben werden:

• Herr Nickel, ein geduldiger Metallbursche, trifft auf das Ehepaar Herr Natrium und Frau Chlor (Kochsalz).
• Wenn die Batterie geladen wird, trennen sich Herr Natrium und Frau Chlor unter dem Einfluss von elektrischem Strom. Frau Chlor verbindet sich mit Herrn Nickel zu Nickelchlorid, während Herr Natrium in den Separator wandert und sich dort Elektronen holt, um metallisches Natrium zu bilden.
• Beim Entladen der Batterie kehrt Herr Natrium zurück, um sich wieder mit Frau Chlor zu verbinden, was Energie freisetzt.

Diese zyklische Reaktion ermöglicht die Speicherung und Freisetzung von elektrischer Energie in der Salzbatterie.

Vorteile der Salzbatterie

1. Sicherheit: Salzbatterien sind nicht brennbar und explosionssicher, was sie zu einer sehr sicheren Option für Energiespeicherung macht.
2. Umweltfreundlichkeit: Sie bestehen aus leicht verfügbaren und ungiftigen Materialien wie Kochsalz und Nickel, was ihre Produktion und Entsorgung umweltfreundlich macht.
3. Recyclingfähigkeit: Die Materialien können problemlos recycelt werden.
4. Wartungsfreiheit: Salzbatterien sind nahezu wartungsfrei und haben keinen Kapazitätsverlust bei vollständiger Entladung.
5. Nachhaltigkeit: Sie nutzen keine seltenen oder giftigen Materialien, was den ökologischen Fußabdruck erheblich reduziert.

Herausforderungen der Salzbatterie

1. Geringere Energiedichte: Salzbatterien haben eine niedrigere Energiedichte als Lithium-Ionen-Batterien, was bedeutet, dass sie größer und schwerer sein müssen, um die gleiche Energiemenge zu speichern.
2. Hoher Energiebedarf zur Aufrechterhaltung der Temperatur: Um zu funktionieren, muss die Batterie konstant bei etwa 250°C gehalten werden, was zusätzlichen Energieaufwand bedeutet.
3. Höhere Anschaffungskosten: Aufgrund der aufwendigen Herstellung sind Salzbatterien derzeit teurer als ihre Lithium-Pendants.
4. Längere Ladezeiten: Die Ladezeiten können länger sein als bei Lithium-Ionen-Batterien.

Vorteile der Salzbatterie	Nachteile der Salzbatterie
Sicherheit: Nicht brennbar und explosionssicher.	Geringere Energiedichte: Niedrigere Energiedichte im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien.
Umweltfreundlichkeit: Besteht aus leicht verfügbaren und ungiftigen Materialien wie Kochsalz und Nickel.	Hoher Energiebedarf: Erfordert konstante Aufrechterhaltung einer Temperatur von etwa 250°C, was zusätzlichen Energieaufwand bedeutet.
Recyclingfähigkeit: Materialien können problemlos recycelt werden.	Höhere Anschaffungskosten: Aufgrund der aufwendigen Herstellung derzeit teurer als Lithium-Ionen-Batterien.
Wartungsfreiheit: Nahezu wartungsfrei und kein Kapazitätsverlust bei vollständiger Entladung.	Längere Ladezeiten: Die Ladezeiten können länger sein als bei Lithium-Ionen-Batterien.
Nachhaltigkeit: Verwendet keine seltenen oder giftigen Materialien, was den ökologischen Fußabdruck reduziert.	Größerer Platzbedarf: Aufgrund der geringeren Energiedichte müssen sie größer und schwerer sein, um die gleiche Energiemenge zu speichern.
Nicht toxisch: Kein klima- und umweltschädlicher Abbau von seltenen und/oder giftigen Materialien.
Keine Leckageprobleme: Kein Risiko durch Leckagen des Elektrolyten.

Anwendungsmöglichkeiten

E-Autos und mobile Geräte: Aufgrund ihrer geringeren Energiedichte und des höheren Gewichts sind Salzbatterien weniger geeignet für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht entscheidend sind, wie z.B. in Elektroautos und mobilen Geräten.

Stationäre Energiespeicher: Hier zeigen Salzbatterien ihr volles Potenzial. Für Solarspeicher in Haushalten oder gewerblichen Anlagen spielt das Gewicht keine Rolle und die geringere Energiedichte kann durch mehr Platz kompensiert werden. Die Sicherheit und Umweltfreundlichkeit machen sie zu einer attraktiven Alternative für stationäre Anwendungen.

Zukunftsaussichten

Wissenschaftler arbeiten intensiv daran, die Leistung und Effizienz von Salzbatterien zu verbessern. Am Materialforschungsinstitut Empa in der Schweiz forschen Ruben Simon Kühnel und sein Team an wasserbasierten Elektrolyten, um die elektrochemische Stabilität zu erhöhen und die Spannungsdifferenz zu maximieren. Mit einer Lebensdauer von mindestens 3.000 Ladezyklen und einer Spannung von bis zu 2,6 Volt rücken Salzwasserbatterien als marktfähige Alternative näher.

Fazit

Salzbatterien bieten eine nachhaltige, sichere und umweltfreundliche Alternative zu herkömmlichen Batterien, insbesondere für stationäre Energiespeicherlösungen. Obwohl sie derzeit noch mit einigen Herausforderungen konfrontiert sind, könnten technologische Fortschritte und zunehmende Produktion die Kosten senken und ihre Effizienz erhöhen. Damit könnten Salzbatterien eine bedeutende Rolle in der Zukunft der erneuerbaren Energien und der Energiespeicherung spielen.

Die Welt der Energiespeicherung entwickelt sich ständig weiter, und die Salzbatterie ist ein vielversprechendes Beispiel dafür, wie Innovationen zu einer nachhaltigeren Zukunft beitragen können.

Quellen:

https://www.innov.energy/de/salz-technologie
https://www.flashbattery.tech/de/batterien-salz-geschmolzen-funktionsweise-und-grenzen/
https://www.eon.de/de/eonerleben/solarspeicher-alternative–batterie-aus-salz-und-wasser.html