Fortschritte in der Batterietechnologie für maritime Energiespeichersysteme

Vorwort

Im Zuge des weltweiten Wandels hin zu umweltfreundlicheren Energielösungen rücken Lithiumbatterien immer stärker in den Fokus. Während Elektrofahrzeuge seit über einem Jahrzehnt im Rampenlicht stehen, wurde das Potenzial elektrischer Energiespeichersysteme im maritimen Bereich lange vernachlässigt. Inzwischen hat die Forschung jedoch deutlich zugenommen, insbesondere im Hinblick auf die Optimierung der Nutzung und der Ladeprotokolle von Lithiumspeichern für verschiedene Bootsanwendungen. Lithium-Eisenphosphat-Batterien sind in diesem Zusammenhang aufgrund ihrer hohen Energiedichte, guten chemischen Stabilität und langen Lebensdauer unter den strengen Anforderungen von Schiffsantrieben besonders attraktiv.

Mit der zunehmenden Verbreitung von Lithium-Ionen-Speichern wächst auch die Bedeutung von Sicherheitsvorschriften. Die Norm ISO/TS 23625 befasst sich beispielsweise mit der Auswahl, Installation und Sicherheit von Batterien. Sicherheit hat bei der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien oberste Priorität, insbesondere im Hinblick auf Brandgefahren.

Marine Energiespeichersysteme

Marine Energiespeichersysteme erfreuen sich in der Schifffahrtsindustrie zunehmender Beliebtheit, da die Welt eine nachhaltigere und umweltfreundlichere Zukunft anstrebt. Wie der Name schon sagt, dienen diese Systeme der Energiespeicherung im maritimen Umfeld und können für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, vom Antrieb von Schiffen und Booten bis hin zur Notstromversorgung.

Der am häufigsten verwendete Energiespeichertyp für die Schifffahrt ist die Lithium-Ionen-Batterie, da sie eine hohe Energiedichte, Zuverlässigkeit und Sicherheit bietet. Lithium-Ionen-Batterien lassen sich zudem an die spezifischen Leistungsanforderungen verschiedener maritimer Anwendungen anpassen.

Einer der Hauptvorteile von Schiffsenergiespeichersystemen ist ihre Fähigkeit, Dieselgeneratoren zu ersetzen. Durch den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien bieten diese Systeme eine zuverlässige und nachhaltige Energiequelle für vielfältige Anwendungen. Dazu gehören Hilfsstromversorgung, Beleuchtung und andere elektrische Bedürfnisse an Bord von Schiffen. Neben diesen Anwendungen können Schiffsenergiespeichersysteme auch elektrische Antriebssysteme versorgen und stellen somit eine praktikable Alternative zu herkömmlichen Dieselmotoren dar. Sie eignen sich besonders für kleinere Schiffe, die in einem begrenzten Gebiet operieren.

Insgesamt stellen marine Energiespeichersysteme einen Schlüsselfaktor für den Übergang zu einer nachhaltigeren und umweltfreundlicheren Zukunft in der maritimen Industrie dar.

Vorteile von Lithiumbatterien

Einer der größten Vorteile von Lithium-Ionen-Speichern gegenüber Dieselgeneratoren ist die Vermeidung von Schadstoff- und Treibhausgasemissionen. Werden die Batterien mit sauberen Energiequellen wie Solaranlagen oder Windkraftanlagen geladen, kann sogar 100 % saubere Energie erzeugt werden. Zudem sind sie wartungsärmer, da sie weniger Bauteile benötigen. Sie arbeiten deutlich leiser und eignen sich daher ideal für den Einsatz in der Nähe von Wohngebieten oder dicht besiedelten Gebieten.

Lithium-Speicherbatterien sind nicht die einzige Batterieart, die verwendet werden kann. Tatsächlich lassen sich Schiffsbatteriesysteme in Primärbatterien (die nicht wiederaufladbar sind) und Sekundärbatterien (die kontinuierlich wiederaufladbar sind) unterteilen. Letztere sind langfristig wirtschaftlicher, selbst unter Berücksichtigung des Kapazitätsverlusts. Anfänglich wurden Blei-Säure-Batterien eingesetzt, Lithium-Speicherbatterien gelten jedoch als relativ neue Batterietechnologie. Die Forschung hat gezeigt, dass sie höhere Energiedichten und längere Lebensdauern bieten und sich daher besser für Anwendungen mit großer Reichweite sowie hohen Last- und Geschwindigkeitsanforderungen eignen.

Ungeachtet dieser Vorteile haben die Forscher keinerlei Anzeichen von Selbstzufriedenheit gezeigt. Zahlreiche Entwicklungen und Studien konzentrierten sich im Laufe der Jahre auf die Verbesserung der Leistung von Lithium-Speicherbatterien, um deren Einsatzmöglichkeiten in der Schifffahrt zu optimieren. Dazu gehören neue chemische Mischungen für die Elektroden und modifizierte Elektrolyte, um Brände und thermisches Durchgehen zu verhindern.

Auswahl der Lithiumbatterie

Bei der Auswahl von Lithium-Batterien für ein maritimes Energiespeichersystem sind mehrere Merkmale zu berücksichtigen. Die Kapazität ist ein entscheidendes Kriterium. Sie bestimmt, wie viel Energie die Batterie speichern kann und somit, wie viel Arbeit vor dem nächsten Aufladen geleistet werden kann. Dies ist ein grundlegender Konstruktionsparameter für Antriebsanwendungen, da die Kapazität die Reichweite des Bootes bestimmt. Auf See, wo der Platz oft begrenzt ist, ist eine Batterie mit hoher Energiedichte wichtig. Batterien mit höherer Energiedichte sind kompakter und leichter, was insbesondere auf Booten, wo Platz und Gewicht entscheidend sind, von Bedeutung ist.

Spannungs- und Stromstärke sind ebenfalls wichtige Spezifikationen bei der Auswahl von Lithium-Ionen-Batterien für maritime Energiespeichersysteme. Diese Spezifikationen bestimmen, wie schnell die Batterie geladen und entladen werden kann, was für Anwendungen mit stark schwankendem Leistungsbedarf wichtig ist.

Es ist wichtig, eine speziell für den Einsatz auf See entwickelte Batterie zu wählen. Die Bedingungen auf See sind rau, da die Batterien Salzwasser, hoher Luftfeuchtigkeit und extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Lithium-Speicherbatterien für den Einsatz auf See sind in der Regel wasserdicht und korrosionsbeständig und verfügen über weitere Eigenschaften wie Vibrations- und Stoßfestigkeit, um auch unter schwierigen Bedingungen eine zuverlässige Leistung zu gewährleisten.

Brandschutz ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung. In maritimen Anwendungen ist der Platz für die Batterielagerung begrenzt, und jede Brandausbreitung könnte zur Freisetzung giftiger Dämpfe und kostspieligen Schäden führen. Installationsmaßnahmen können die Ausbreitung begrenzen. RoyPow, ein chinesischer Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien, ist ein Beispiel dafür: Hier sind im Batteriegehäuse integrierte Mikrolöscher verbaut. Diese Löscher werden entweder durch ein elektrisches Signal oder durch das Entzünden der Thermoleitung aktiviert. Dadurch wird ein Aerosolgenerator aktiviert, der das Kühlmittel durch eine Redoxreaktion chemisch zersetzt und das Aerosol versprüht, um den Brand schnell zu löschen, bevor er sich ausbreiten kann. Diese Methode eignet sich ideal für schnelle Einsätze und ist besonders geeignet für Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen, wie beispielsweise bei der Lagerung von Lithiumbatterien in maritimen Anwendungen.

Sicherheit und Anforderungen

Der Einsatz von Lithium-Speicherbatterien in der Schifffahrt nimmt zu, doch die Sicherheit muss höchste Priorität haben, um eine korrekte Konstruktion und Installation zu gewährleisten. Lithium-Batterien sind anfällig für thermisches Durchgehen und Brandgefahr, wenn sie nicht sachgemäß gehandhabt werden, insbesondere in der rauen Meeresumgebung mit Salzwasser und hoher Luftfeuchtigkeit. Um diesen Risiken zu begegnen, wurden ISO-Normen und -Vorschriften entwickelt. Eine dieser Normen ist ISO/TS 23625, die Richtlinien für die Auswahl und Installation von Lithium-Batterien in der Schifffahrt bietet. Diese Norm legt die Anforderungen an Konstruktion, Installation, Wartung und Überwachung der Batterie fest, um deren Langlebigkeit und sicheren Betrieb zu gewährleisten. Darüber hinaus bietet ISO 19848-1 Leitlinien für die Prüfung und Leistungsbewertung von Batterien, einschließlich Lithium-Speicherbatterien, in der Schifffahrt.

ISO 26262 spielt auch eine wichtige Rolle für die funktionale Sicherheit elektrischer und elektronischer Systeme in Schiffen und anderen Fahrzeugen. Diese Norm schreibt unter anderem vor, dass das Batteriemanagementsystem (BMS) so ausgelegt sein muss, dass es den Bediener bei niedrigem Batteriestand optisch oder akustisch warnt. Die Einhaltung der ISO-Normen ist zwar freiwillig, fördert aber die Sicherheit, Effizienz und Lebensdauer der Batteriesysteme.

Zusammenfassung

Lithium-Ionen-Speicherbatterien etablieren sich aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer unter anspruchsvollen Bedingungen rasant als bevorzugte Energiespeicherlösung für maritime Anwendungen. Diese vielseitigen Batterien eignen sich für eine breite Palette von Anwendungen im maritimen Bereich, von der Stromversorgung von Elektrobooten bis hin zur Notstromversorgung von Navigationssystemen. Die kontinuierliche Entwicklung neuer Batteriesysteme erweitert das Anwendungsspektrum zudem um die Tiefseeforschung und andere anspruchsvolle Umgebungen. Der Einsatz von Lithium-Ionen-Speicherbatterien in der Schifffahrtsindustrie wird voraussichtlich die Treibhausgasemissionen reduzieren und Logistik und Transport revolutionieren.