Energiespeicher: Ziegelstein-Stromspeicher - ein moderner Schildbürgerstreich

Als Witz wäre er ein Brüller. Aber als Paper beim renommierten Wissenschaftsverlag Nature ist der Ziegelsteinstromspeicher ein Skandal.

Ein IMHO von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 14. August 2020, 15:11 Uhr

Mit diesem Bild illustriert die Universität Washington das Paper auf ihrer Webseite. (Bild: The story of the three little pigs (1904) Library of Congress)

Einst wollten die Schildbürger das Gras nicht verschwenden, das auf der Ruine eines alten Hauses wuchs. Also versuchten sie, eine Kuh mit einem Seil auf die Mauer zu ziehen, damit sie dort das Gras fressen konnte. Leider erstickte die Kuh dabei. Die moderne Variante dieses Märchens findet sich dieser Tage in einem Paper des Wissenschaftsjournals Nature Communications von der Universität von Washington. Es wird auf dessen Webseite mit der Fabel von den drei Schweinchen illustriert. Leider ist es dort nicht Teil einer Sammlung unterhaltsamer Irrtümer und Geschichten der Vergangenheit, sondern Realsatire.

Dem Paper zufolge sollen simple Ziegelsteine ganz einfach zu einem superbilligen Superkondensator und universell verfügbaren Energiespeicher gemacht werden können, der 10.000 Ladezyklen aushält. Aber schon die erste Zahl zur Energiedichte pro Fläche des Kondensators mit 222 Mikrowattstunden pro Quadratzentimeter macht skeptisch. Für den gebauten Prototypen gibt es schließlich tief versteckt eine Angabe von 192 Mikrowattstunden pro Kubikzentimeter oder 118 Mikrowattstunden pro Gramm. Das sind abgrundtief schlechte Werte.

Bleiakkus haben ungefähr die 300-fache Kapazität, moderne Lithium-Eisenphosphat-Akkus kommen auf mehr als die 2.000-fache Kapazität und halten dabei ebenfalls 10.000 Ladezyklen aus. 1-kg-Lithium-Eisenphosphat-Akkuzellen können für etwa 25 Euro hergestellt werden. Wer es schafft, 2 Tonnen Ziegelsteine aus Bauschutt für 25 Euro zu entsorgen, hat hingegen schon einen wirklich billigen Anbieter gefunden. Zwei Tonnen neue Ziegelsteine als Rohmaterial kosten hingegen 600 bis 800 Euro.

Der Rest des Speichers ist viel teurer als die Ziegelsteine

Dabei ist das tatsächlich nur ein kleiner Teil der Kosten des Unterfangens. Selbst von Lithium-Ionen-Akkus ist bekannt, dass das Speichermaterial nur etwa die Hälfte der Kosten in der Akkuproduktion ausmacht. In Fall der Ziegelsteine müssen diese in passgenaue millimeterdünne Schichten zerschnitten werden. Zwischen zwei Ziegelsteinschichten kommt ein Separator. An den Außenseiten der Ziegelsteine muss ein elektrischer Leiter wie eine Kupfer- oder Aluminiumfolie aufgebracht werden. Das alles wurde von den Mitgliedern der Forschungsgruppe mit dem Pedot-Elektrolyten getränkt und mit Epoxidkleber versiegelt.

Wie teuer der Separator ist, ließ sich nicht ermitteln, aber technische Aluminiumfolie kostet etwa 1 Euro pro Quadratmeter. Ein Quadratmeter des Kondensators speichert 2,2 Wattstunden. Wenn die Kondensatoren in einem Paket gestapelt werden, kann eine Aluminiumfolie auch gleich doppelt verwendet werden, so dass tatsächlich nur ein Quadratmeter benötigt wird. Dann verursacht allein die Alufolie Kosten von etwa 400 Euro pro Kilowattstunden - ein Vielfaches des Lithium-Ionen-Akkus, wo das Centbeträge wären. Aber um unerwünschte chemische Reaktionen in dem Prototyp zu vermeiden, gaben sich die Forscher nicht mit Aluminium zufrieden, sondern verwendeten Folien aus Platin.

Pedot, der Elektrolyt, macht 2,7 Prozent des Gesamtgewichts in dem Kondensator aus. Das Material wird im Laborbedarf für knapp 1.000 Euro pro Kilogramm gehandelt. Das ist selbstverständlich kein repräsentativer Preis für Großabnehmer, aber billig ist es nicht. Für 2 Tonnen des superbilligen Ziegelsteinstromspeichers werden über 50 kg benötigt, die selbst im optimistischsten Fall mehrere Tausend oder Zehntausend Euro kosten dürften.

Alles das nur, um aus 2 Tonnen Ziegelsteinen einen Ersatz für 1 Kilogramm herkömmlicher Akkuzellen im Wert von etwa 25 Euro herzustellen.