Nickel-Eisen Akkus, die “vergessene” Speicherlösung für energieunabhängige Haushalte

Genügend Energie für den eigenen Haushalt zu erzeugen, ist Heutzutage weder ein technisches noch finanzielles Problem. Windkraft-Anlagen in Haushaltsgröße sind unkompliziert, günstig und leicht verfügbar. Mit ein wenig Bastelgeschick lassen sich sogar diverse Schrottplatzfunde zu effektiven Windkraft-Skulpturen “upcyceln”. Fertig montierte Photovoltaik-Anlagen sind auf sage und schreibe zweitausend bis dreitausend Euro pro Kilowatt Nennleistung gefallen und befinden sich weiter im Sinkflug.

Was hält die Menschen also davon ab, dem Stromkonzern lebewohl zu sagen und kostengünstig ihre eigene Energie zu erzeugen? Unabhängig von willkürlicher Preisgestaltung, Zwangsüberwachung per “Smart-Meter” und maroden Stromnetzen deren Ausfallswahrscheinlichkeit von Jahr zu Jahr steigt? Ganz einfach: Die Speicherung der geernteten Energie.

Erneuerbare Energie hat einen großen Nachteil: Sie kommt in unvorhersehbaren Schüben daher. An einem Tag brennt die Sonne unnachgiebig aufs Dach und die Photovoltaik-Anlage produziert drei  Mal soviel Strom wie benötigt, am nächsten versteckt sie sich hartnäckig hinter dicken Wolken und die Waschmaschine macht plötzlich so viele Umdrehungen pro Minute wie der durchschnittliche Kirchturm. Windenergie ist noch erratischer, sie steht zwar ganzjährig in riesigen Ausmaß zur Verfügung, kommt aber leider völlig undosiert nach wochenlanger Flaute als plötzlicher Orkan daher, der auf einen Schlag genügend Strom für die nächsten drei Jahre liefern würde.

Energieautarke Haushalte brauchen also (neben einem Mix aus verschiedenen Energiequellen, denn praktischer Weise steht z.B. Windenergie oft gerade dann zur Verfügung, wenn die Photovoltaik ausfällt) einen Pufferspeicher. Dieser Speicher muss groß genug dimensioniert sein um Flauten und trübe Tage verlässlich zu überbrücken. Je größer, desto besser.

Eingeschränkt werden die Energie-Selbstversorger in spe dabei hauptsächlich durch die mit der Speicherung verbundenen Investitions- und Betriebskosten. Herkömmliche Blei-Akkus sind zwar relativ günstig in der Anschaffung, haben aber eine kurze Lebenserwartung von maximal fünf bis zehn Jahren. Bereits eine einzige Tiefentladung kann die gesamte Speicherbank innerhalb weniger Stunden in teuren Schrott verwandeln. Lithium-Akkus sind zwar schön kompakt und hoch effizient, verursachen aber astronomische Anschaffungskosten und versprechen auch keine wesentlich längere Lebensdauer. Ist damit der Traum von der eigenständigen Energieversorgung ausgeträumt?

Mitnichten. Denn zumindest eine kostengünstige und praktische Lösung wartet nur darauf, aus ihrer eigentlich völlig unverständlichen Vergessenheit geholt zu werden: Die Nickel-Eisen Batterie.

Warum dieser Akkumulator-Typ überhaupt aus dem Angebot der Batterie-Händler verschwunden ist, kann eigentlich nur mit der geradezu unglaublichen Lebensdauer von NiFe-Akkus erklärt werden. Geplante Obsoleszenz, also Produkte mit absichtlich verkürztem Lebenszyklus, sind spätestens seit das Phöbus-Kartell Anfang des 20. Jahrhunderts die Lebensdauer von Glühbirnen künstlich auf 1.000 Stunden senkte alltäglicher Bestandteil der Marktüberlegungen in Industrie und Handel.  Blei Akkus müssen eben regelmäßig getauscht werden und versprechen damit kalkulierbar wiederkehrende Käufer.

Die NiFe-Batterie ist eine Erfindung von Thomas Edison und wurde bereits 1901, kurz nach der Entdeckung des Nickel-Cadmium Akkus (1899) entwickelt. Die Kathode besteht aus Nickel(III) oxid-hydroxid. Die Anode ist aus profanem Eisen, als Elektrolyt kommt Kalium-Hydroxid (Kalilauge) zum Einsatz. Im Gegensatz zu fast allen anderen Akkumulator-Typen enthält der Nickel-Eisen Akku damit keinerlei hochgiftige oder seltene Elemente.

Die Batterie ist extrem tolerant gegen Überladung, Tiefentladung und Kurzschluss. Solche Misshandlungen haben praktisch keinen Einfluss auf die Lebensdauer. Nickel-Eisen Batterien können über Jahrzehnte hinweg überladen werden und überstehen jahrelange Lagerung ohne Ladung/Entladung ohne Schaden. Thomas Edison empfahl, die Batterieblöcke gelegentlich vollständig zu entladen und anschließend mit einer Ladespannung von 1,7 Volt zu “harmonisieren”. Der Elektrolyt sollte idealerweise alle 5-10 Jahre ausgetauscht werden. Ein Hauptanwendungsbereich für NiFe-Batterien war lange Zeit der Bergbau, weil die Batterien sehr widerstandsfähig gegen Vibration, hohe Temperaturen und physische Belastung waren.

Spezifikationen:

Energie/Gewicht: 30-50Wh/kg
Energie/Volumen: 30Wh/Liter
Lade- und Entlade Effizienz: 65-85%
Selbstentladungsrate: 10-15% pro Monat
Haltbarkeit: bis zu 100 Jahre
Nennspannung: 1,2 Volt
Ladespannung: 1,45 Volt bis 1,55 Volt

Thomas Edisons NiFe-Akkus wurden in den USA von 1903 bis 1972 produziert. 1970 bewarb die Firma “Eagle-Picher” in Großbritannien eine Nickel-Eisen Autobatterie die “länger hält als alle Autos die sie je besitzen werden”. Eagle-Picher bezog die Batterien von “Edison Storage Batteries”. Edison selbst äußerte sich mehrfach sehr enttäuscht darüber, dass seine Batterien nicht öfter als Starterbatterien für Verbrennungsmotoren eingesetzt wurden. Sie fanden jedoch breite Anwendung für Eisenbahn-Signale und in Hubstaplern.

Zwei Museen in Kanada, sowie der Talkmaster und Automobil-Sammler Jay Leno verfügen über fahrbereite Elektrofahrzeuge aus den Jahren 1910-1920, welche noch immer mit den ursprünglichen Akkus ausgestattet sind. Im Rahmen eines Experiments wurden 85 Jahre alte original Edison-Batterien nach Jahrzehnten der Lagerung wieder in Betrieb genommen. Die Akkus funktionierten ohne Probleme. Die von Edison prognostizierte Lebensdauer von 100 Jahren ist damit tatsächlich realistisch.

Die verhältnismäßig niedrige Lade- und Entlade-Effizienz kommt durch elektrolytische Prozesse beim Ladevorgang zustande. Ein Teil des Wassers in der Batterie wird dabei in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Deswegen können NiFe-Akkus bislang auch nicht als geschlossene Einheiten produziert werden und brauchen eine gelegentliche Wasser-Nachfüllung. Dieser “Nachteil” würde aber auch eine Chance bieten, die Effizienz noch einmal drastisch zu erhöhen. Vorschläge reichen dabei von der Verwendung des Wasserstoffs zur Warmwasser-Erzeugung oder zum Kochen, bis zur direkten Ankopplung von Brennstoffzellen an die Speicherbänke. Mit letzerer Lösung könnte in einem geschlossenen Kreislauf aus Wasserstoff und Sauerstoff wieder Wasser werden, welches zurück in die Batterien geleitet wird. Der von den Brennstoffzellen erzeugte Strom würde entweder direkt verwendet oder erneut der Batterieladung zugeführt. Damit wäre die NiFe-Batterie höchst wahrscheinlich sogar wesentlich effizienter als Blei-Akkus oder Lithium-Batterien.

Selbst bei kritischer Betrachtung scheinen Nickel-Eisen Speicher eine echte Alternative für Selbstversorger darzustellen. Vielleicht wird es also höchste Zeit, diese alte, beinahe vergessene Technologie aus ihrem Dornröschen-Schlaf zu wecken?

Die Patente auf Edisons Nickel-Eisen Akkus sind erfreulicher Weise ausgelaufen. Daher können die langzeit Speicher ohne große Probleme weltweit produziert werden. Hier einige Links zu derzeit bekannten Herstellern: