Notstrom für Rechenzentren
Nickel-Zink-Akkus für USV in KI-Datacentern
NiZn-Batterien liefern hohe Leistung in Sekunden und könnten Lithium-Ionen-Systeme ersetzen, zeigt die Zusammenarbeit zwischen einem Start-up und dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM.
Wenn in Rechenzentren die Stromversorgung ausfällt, überbrücken unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) die Zeit bis zum Start von Notstromaggregaten. Dafür sind Batteriesysteme erforderlich, die in sehr kurzer Zeit hohe Leistungen bereitstellen. Üblicherweise kommen dafür Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz, die jedoch als schwer, kostenintensiv und potenziell brandgefährdet gelten.
Alternative Batterietechnologie für kurze Lastspitzen
Nickel-Zink-Akkumulatoren (NiZn) sind für Anwendungen ausgelegt, in denen innerhalb weniger Sekunden bis Minuten hohe Energiemengen benötigt werden. Typische Entladezeiten liegen zwischen einigen zehn Sekunden und etwa fünf Minuten. Damit eignen sich diese Batterien insbesondere für den Einsatz in Hyperscale-Rechenzentren.
Die Technologie basiert auf einem seit über 100 Jahren bekannten elektrochemischen Prinzip. Eine breite Marktdurchdringung blieb bislang aus, da die Herstellung aufwendig war und die Zahl der Ladezyklen begrenzt blieb.
Neues Herstellungsverfahren für Elektroden
Ein Direktbeschichtungsverfahren für Nickelhydroxid-Elektroden ersetzt die bislang übliche gesinterte Schicht am Pluspol. Dabei wird das Material direkt auf eine dünne Stahlfolie abgeschieden. Diese Struktur ermöglicht großflächige Elektroden, die sich ähnlich wie bei zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen aufwickeln lassen.
In Kombination mit einem wässrigen Elektrolyten mit hoher Leitfähigkeit ergeben sich kurze Lade- und Entladezeiten. Gleichzeitig verbessert sich die Wiederaufladbarkeit der Zellen.
Testergebnisse und Leistungsdaten
Laboruntersuchungen über 20.000 Ladezyklen zeigen Entladeraten von mehreren 100 C sowie eine spezifische Leistung von über 10.000 W/kg. Die Energiedichte liegt bei 40 bis 50 Wh/kg bei hoher Leistungsabgabe und kann bei geringerer Leistung bis zu 170 Wh/kg erreichen.
Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden ein geringeres Gewicht, niedrigere Herstellungskosten und eine bessere Verfügbarkeit der Rohstoffe genannt.
Weitere Einsatzmöglichkeiten
Neben der Absicherung von Rechenzentren kommen Anwendungen infrage, bei denen kurzfristig hohe Leistungen benötigt werden. Dazu zählt etwa der Einsatz in Fahrzeugen zum Starten von Verbrennungsmotoren bei niedrigen Temperaturen.
Die Entwicklung entstand in Zusammenarbeit zwischen einem Start-up und dem Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Die vorhandene Testinfrastruktur ermöglichte die Validierung der Batteriezellen unter praxisnahen Bedingungen.
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