Natrium-Schwefel-Batterie

Natrium-Schwefel-Batterien werden auch Natrium-Schwefel-Akkumulatoren oder NaS-Akkumulatoren genannt. Es handelt sich um Hochtemperaturbatterien. Die Natrium-Schwefel-Batterie muss im Temperaturbereich von 270 °C bis 350 °C betrieben werden, damit die Elektroden aus Schwefel und Natrium flüssig bleiben. Im Gegensatz zu anderen Batterietypen werden bei der Natrium-Schwefel-Batterie ein fester Elektrolyt und flüssige Elektroden verwendet.

Als negative Elektrode im Innern der Zelle wird geschmolzenes Natrium verwendet; als positive Elektrode wird im äußeren Bereich flüssiger Schwefel verwendet. Getrennt werden die beiden Elektroden durch einen festen keramischen Separator, der gleichzeitig als Elektrolyt dient. Hauptbestandteil des Elektrolyten ist üblicherweise Natrium-ß-Aluminat (NaAl₁₁O₁₇). Es werden auch andere Materialien wie z. B. Natriumoxid (Na₂O) oder Magnesiumoxid (MgO) verwendet.

Beim Entladevorgang oxidiert das flüssige Natrium am Natrium-ß-Aluminat. Es bilden sich positiv geladenen Natrium-Ionen. Diese wandern aus dem Innenraum in den Außenraum zur positiven Elektrode. Dort reduzieren die Natrium-Ionen den Schwefel zu Natriumpentasulfid (Na₂S₅). Mit fortschreitender Entladung und Verbrauch von Schwefel reduziert sich ein Teil des Natriumpentasulfids zu unterschiedlichen Formen des Natriumpolysilfids wie Na₂S₄ und Na₂S₃. Beim Ladevorgang laufen die Reaktionen in Gegenrichtung ab.

Ein Vorteil der Natrium-Schwefel-Akkumulatoren ist die relativ hohe Zyklenzahl. Bei einer Entladetiefe von 80 Prozent können mehr als 2.500 Ladezyklen erreicht werden. Bei einer Entladetiefe von nur 20 Prozent können sogar bis zu 40.000 Ladezyklen erreicht werden. Allerdings sind die Speicherverluste recht hoch, wenn die Natrium-Schwefel-Akkumulatoren nicht kontinuierlich geladen und entladen werden.

Natrium-Schwefel-Akkumulatoren sind sehr gut geeignet für Anlagen mit täglichem Zyklus. Der Grund liegt in der Arbeitstemperatur der Zellen, die bei ca. 300 °C liegt. Durch Ladevorgänge und Entladevorgänge erwärmt sich der Akkumulator und Heizenergie kann eingespart werden. Aus diesem Grund sind Natrium-Schwefel-Akkumulatoren nur bedingt für Anlagen mit langen Standzeiten oder langen Wartezeiten, wie z. B. USV-Anlagen, geeignet.

Eingesetzt werden Natrium-Schwefel-Akkumulatoren vorwiegend im Bereich Energiemanagement und Netzqualität. Als zukünftige Anwendungsgebiete gelten die Reduzierung elektrischer Spitzenleistungen, Fluktuationsausgleich für regenerative Stromerzeuger und allgemein Anwendungen, bei denen täglich große elektrische Energiemengen zwischengespeichert werden sollen.

Englische Übersetzung(en):

sodium sulfur battery