Speichertechnologien in Elektroautos und für Photovoltaikstrom in Hinblick auf ein autarkes Gesamtsystem

This literature research gives an overview about the various possibilities of energy storage for photovoltaics and electric vehicles. Therefore it discusses the general need for buffering and storage of renewable energy, the political setting and economic progress of electric mobility. Configurations, chemical reactions, advantages and disadvances of lead-, nickel-based-, metal-air, lithium-, high-temperature and redox-flow-batteries are discussed in concise form. A table of miscellaneous batteries sorted by their electrical and physical characteristics is attached to this document.:Abstract 4 1 Situation und Überblick zur Elektromobilität in Deutschland 5 1.1 Erneuerbare Energien als Zukunftsressource 5 1.2 Vorteile stromgetriebener Antriebe gegenüber Verbrennungsmotoren 6 1.3 Der nationale Entwicklungsplan Elektromobilität 8 2 Speicherung, Pufferung und Verfügbarkeit von Photovoltaikstrom in Bezug auf mobile und stationäre Systeme 10 2.1 Grundlagen zur Photovoltaik 10 2.1.1 Verfügbarkeit der photoelektrischen Energie 10 2.1.2 Technische Umsetzung 11 2.2 Möglichkeiten zur Speicherung regenerativer Energie 13 2.2.1 Anforderungen an Speichersysteme 14 2.2.2 Synthetische Kraftstoffe als Energiespeicher 14 2.2.3 Mechanische Energiespeicher 15 2.2.4 Elektrische Energiespeicher 16 2.2.5 Elektrochemische Energiespeicher 17 2.3 Anwendungsbeispiele für Photovoltaikstrom 19 3 Beschreibung der physikalischen und chemischen Prozesse elektrochemischer Speicher 22 3.1 Vergleichende Kennzahlen 23 3.2 Blei-Säure 26 3.3 Nickel-basiert 29 3.3.1 Nickel-Cadmium 29 3.3.2 Nickel-Metallhydrid 31 3.3.3 Nickel-Zink 33 3.4 Metall-Luft 35 3.4.1 Zink-Luft 36 3.4.2 Aluminium-Luft 37 3.4.3 Lithium-Luft 38 3.5 Lithium-Ion 39 3.5.1 Batterietypen 40 3.5.2 Aufbau und Funktion 42 3.5.3 Schaltung für Großbatterien 43 3.5.4 Forschungs- und Entwicklungslinien 44 3.6 Hochtemperaturbatterien 48 3.6.1 Natrium-Nickelchlorid 49 3.6.2 Natrium-Schwefel 50 3.7 Redox-Flow 52 3.7.1 Vanadium 53 3.7.2 Vanadium-Brom 54 3.7.3 Natrium-Polysulfid-Bromid 54 3.8 Hybrid-Flow 55 3.8.1 Zink-Brom 55 3.8.2 Cer-Zink 57 3.9 Auswertung der Vergleichsmatrix 58 4 Entwicklungstendenzen zwischen Elektromobilität und Energiewirtschaft 60 4.1 E-Energy / Smart Grid 61 4.2 Virtuelle Kraftwerke 62 4.3 Ausbau der Stromtrassen 64 4.4 Energieladesysteme 66 4.4.1 Stromtankstellen 66 4.4.2 Austausch der Energiespeicher 68 4.4.3 Induktive Energieübertragung 68 5 Zusammenfassung 69 Literaturverzeichnis: 70 Abbildungsverzeichnis 77 Tabellenverzeichnis 78 Eidesstattliche Erklärung 79 Anhang 8