Ich habe 2010 zum ersten mal etwas von Natrium-Schwefel Batterien gelesen. Das weiß ich, weil in dem Wikipedia-Artikel eine japanische Firma genannt wurde, die solche Batterien entwickelt und testweise eingesetzt hat. Von der Firma hatte ich noch nie gehört und den Namen prompt vergessen, ich wusste nur noch, dass es irgendwo in Japan war.
Als ich den gleichen Artikel 2011 nochmal gelesen habe, kannte ich die Firma. Sie heißt TEPCO.
Von Natrium-Schwefel Batterien hört man sehr wenig. Dabei haben sie einige erstaunlich gute Eigenschaften. Die Materialien für die Anode und die Kathode gibt es reichlich. In Deutschland dürften wir etwa eine Milliarde Tonnen Natriumchlorid auf Lager haben (und zig Milliarden Tonnen unter der Erde) und Schwefel fällt in Größenordnungen von zig Millionen Tonnen bei der Entschwefelung von Treibstoffen und Abgasen an. Es wird dort keine Knappheit geben. Ansonsten braucht man noch eine Membran als Elektrolyt. Bei den Materialien dafür ist man allerdings flexibel.
Auch die Energiedichte der Batterien ist ganz gut, mit etwa 10kg pro kWh. Bei einem Projekt lagen die Kosten mit etwa 250 Euro pro kWh auch nicht schlecht und 4500 Ladezyklen werden garantiert. Die zusätzlichen Kosten liegen bei etwa 5 ct pro kWh.
Das Problem liegt in der enthusiastischen Chemie der Batterie. In den meisten Batterien sind die Elektroden fest und das Elektrolyt dazwischen flüssig. Das muss aber nicht so sein. Ein Elektrolyt ist nur dafür da, die Ionen zwischen den Elektroden zu transportieren. Dabei hilft es natürlich, wenn der Elektrolyt flüssig ist. Aber er kann auch fest sein, wenn dafür die Elektroden flüssig sind, so wie bei der Natrium-Schwefel-Batterie.
Damit Natrium und Schwefel hinreichend flüssig sind, beträgt die Betriebstemperatur über 300 Grad. Eine Beschädigung der Batterien führt zu einem Natriumfeuer, wenn keine Löschanlage mit passendem Löschpulver installiert ist (meistens Natriumoxid, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat oder ähnliches). Es wäre natürlich furchtbar praktisch gewesen, wenn so eine Anlage installiert gewesen wäre, als 2011 so eine Batterie in Brand geriet. Noch praktischer wäre wohl gewesen, wenn es Sicherungen zwischen den Batteriezellen gegeben hätte, die die Kurzschlüsse verhindert hätten, die den Brand von einer Zelle auf die ganze Batterie ausgebreitet haben.
Die hohen Temperaturen bedingen vor allem, dass die Batterien gut isoliert sein müssen und eine gewisse Temperaturkontrolle nötig ist. Das Heizen ist derweil kein Problem. Denn auch wenn die Batterien 90% effizient sind, fällt beim Laden und Entladen der Batterie noch genug Abwärme an. Wenn die Abstände zwischen den Ladezyklen nicht zu groß sind, reicht das allein völlig aus.
Allerdings funktioniert das nur wirklich gut, wenn man wirklich große Batteriemodule hat. Das Projekt, das ich verlinkt habe, hat eine Kapazität von 6000 kWh und gehört damit zu den kleineren. Es ist also nichts für den Keller des Eigenheims – was wegen der Feuergefahr aber ohnehin nicht ratsam wäre.
Inzwischen dürften die Probleme der fehlenden Sicherungen gelöst sein und wohl auch Löschanlagen vorhanden sein. Schon gibt es Pläne, das Temperaturproblem der Natrium-Schwefel-Batterie zu lösen. Dazu will man statt Natrium eine Mischung aus Natrium und Kalium (NaK) verwenden, die schon bei Zimmertemperatur flüssig. Dafür reagiert NaK aber noch enthusiastischer auf Sauerstoff und Wasser, als es reines Natrium tut. Man will damit die Betriebstemperatur auf 80 Grad senken und den keramischen Elektrolyt durch ein Polymer ersetzten. Wie man bei der Temperatur den Schwefel flüssig hält, sagt man allerdings nicht. Man verspricht sich damit insgesamt eine Halbierung der Kosten für die Batterien.
Ob die Zahl der Ladezyklen dann trotzdem noch genauso groß ist, kann noch niemand wissen. Der Zeitplan für die Entwicklung sieht die Markteinführung erst lange nach 2020 vor und zur Zeit ist man noch in der Entwicklung. In Fahrzeugen wird man solche Batterien (man möchte sagen: hoffentlich!) nie sehen, die Feuergefahr ist einfach zu groß. Es gäbe dafür auch noch andere Alternativen.
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