Speicher im Vergleich

Wiederaufladbare Mikro-Energiespeicher

Im Prinzip ist alles möglich, aber ohne Energie geht nichts. Auf diesen einfachen Nenner lässt sich die moderne Technik bringen. Daher sind in den letzten Jahren neue Technologien für die Speicherung von Energie erschienen. Dieser Artikel untersucht einige der üblichen wiederaufladbaren Energiespeicher, die heute für Anwendungen vorkommen, bei denen kabellose Geräte über einen längeren Zeitraum oder die Betriebslebensdauer der Anwendung wartungsfrei betrieben werden sollen.

Bei den Energiespeichern hat es in letzter Zeit einige Neuerungen gegeben. Diese neuen Technologien reichen von sehr großen Speichern, zum Beispiel den im Stromnetz eingesetzten Vanadium-Redox-Batterien, bis zu sehr kleinen Speichern, etwa den Dünnschichtbatterien oder Mikroenergiezellen, die heute in kabellosen Sensoren und anderen Systemen eingesetzt werden.

Beispiele für Letztere sind unter anderem Sicherheitssensoren, tief integrierte Überwachungssysteme für Maschinen und implantierbare medizinische Geräte.

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Bild 1: Wiederaufladbare Energiequellen können deutlich länger als Primärbatterien arbeiten, was bei Systemen mit einem schwierigen oder kostenaufwändigen Zugang besonders wichtig ist.

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Bild 1: Wiederaufladbare Energiequellen können deutlich länger als Primärbatterien arbeiten, was bei Systemen mit einem schwierigen oder kostenaufwändigen Zugang besonders wichtig ist.

Bild 1 hilft auf effiziente Art bei der Wahl zwischen primären und wiederaufladbaren Energiequellen. Primärbatterien haben eine relativ beschränkte Betriebslebensdauer. Selbst bei schwachen Ladeströmen senkt ihre begrenzte Speicherdauer den Zeitraum bis zu einem notwendigen Austausch auf sechs Monate bis zehn Jahre ab. Bei Anwendungen, bei denen die Energiequelle leicht ausgetauscht werden kann, stellt dies kein Problem dar (abgesehen von dem sehr realen Problem, diese Batterien zur Hand zu haben).

Ist bei den Anwendungen jedoch dieser Austausch schwierig oder teuer - oder beides -, so ist eine wiederaufladbare Energiequelle nötig. Sollte ein Gerät nicht zugänglich sein oder nicht verkabelt werden können, so muss die aufzuladende Energie der vorhandenen Umgebungsenergie entnommen werden (Energy Harvesting). Daher ist die Möglichkeit, erfasste Umgebungsenergie tatsächlich und effizient aufzunehmen, bei der Auswahl des Energiespeichers von außerordentlicher Bedeutung.

Verschiedene Anwendungen haben Zugriff auf unterschiedliche Quellen von Umgebungsenergie. Im Folgenden sind die ungefähren Energiebereiche jeder der vier verfügbaren Energiequellen aufgelistet (in absteigender Reihenfolge der verfügbaren Energie):

Zu den drei verschiedenen Technologien, die durch diese Umgebungsenergiequellen aufladbar sind gehören konventionell wiederaufladbare Batterien, Festkörper-Dünnschichtbatterien oder Mikroenergiezellen sowie Doppelschichtkondensatoren (EDLC) oder »Superkondensatoren«.

Tabelle 1 bietet einen zusammenfassenden Vergleich dieser drei Alternativen. Die nachstehende Diskussion bewertet jede Alternative umfassender. Im folgenden Vergleich sollte unbedingt berücksichtigt werden, dass diese Alternativen sich nicht gegenseitig ausschließen müssen. Es ist möglich, diese Technologien in hybriden Konzeptionen gemeinsam zu verwenden. Eine beliebte Konstruktion kombiniert eine Mikroenergiezelle mit einem Superkondensator, um sowohl den Energietransfer als auch die maximale Stromstärke zu verbessern.

1. Teil: Wiederaufladbare Mikro-Energiespeicher
2. Teil: Knopfzellen und Superkondensatoren

Weiterführende Links:

• Redox-Flow-Batterien werden künftig als Speicher für »grüne« Energie dienen: Fraunhofer: Riesen-Batterien für Ökostrom-Speicherung