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Die Energiewende benötigt neuartige und langlebige Lösungen zur Speicherung von nachhaltig generiertem Strom. Das Technologieunternehmen Qnetic setzt auf mechanische Kraft im Vakuum anstatt auf chemische Reaktionen. Mit einem neuen Schwungrad-Energiespeicher in Shanghai startet die Erprobung einer Alternative zu klassischen Akkus.

Das US-amerikanische Unternehmen Qnetic hat kürzlich eine Pressemitteilung zur Kommerzialisierung mechanischer Energiespeicher veröffentlicht. Um sogenannte Schwungrad-Energiespeicher unter realen Bedingungen zu testen, investiert die Firma über eine Million US-Dollar in ihr Technologiezentrum in Shanghai. Dort entsteht  Unternehmensangaben zufolge die weltweit größte Testanlage für Schwungrad-Energiespeicher.

Ziel des Vorhabens ist die Prüfung von Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems. Herzstück der Anlage ist der sogenannte Pulsar Alpha Prototyp. Dieser Speicher verspricht eine Speicherkapazität von 200 Kilowattstunden und soll eine elektrische Leistung von 125 Kilowatt bei einer dreiphasigen Wechselspannung von 480 Volt liefern.

Die Technik funktioniert im Prinzip wie ein extrem schwerer Kreisel. In einem Vakuumgehäuse dreht sich ein Rotor mit relativ hoher Geschwindigkeit und speichert kinetische Energie. Benötigt das Netz Strom, treibt die Bewegung des Rotors einen Generator an. Dieser soll die Energie dann in das Stromnetz einspeisen.

Schwungrad-Energiespeicher vs. Lithium-Ionen-Batterien

Im Vergleich zu herkömmlichen elektrochemischen Akkus versprechen Schwungrad-Energiespeicher einige physikalische Vorteile. Da keine chemischen Umwandlungen stattfinden, kann ein solches System etwa über Jahrzehnte hinweg mit nur minimalem Kapazitätsverlust arbeiten.

Zudem sollen weder Brandrisiken noch eine Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen bestehen. Die Systeme sind laut Qnetic für einen jahrzehntelangen Betrieb ausgelegt und würden unbegrenzte Ladezyklen ohne nennenswerte Verschleißerscheinungen überstehen.

Vor allem Rechenzentren, Mikronetze und Industrieanlagen könnten von der schnellen Reaktionszeit und der stabilen Stromverfügbarkeit profitieren. Außerdem sollen sich die Anlagen für die zeitliche Verschiebung erneuerbarer Energien sowie zur allgemeinen Netzstabilisierung eignen.

Herausforderungen und Risiken bei der Skalierung

Trotz der vielversprechenden Aussichten stehen die Entwickler vor technischen und finanziellen Herausforderungen. Denn aufgrund der gewaltigen kinetischen Energie, die in einem rotierenden System mit 200 Kilowattstunden steckt, sind extrem hohe Anforderungen an die Sicherheits- und Schutzhüllen nötig.

Ein spezialisiertes Partnerunternehmen wies zudem darauf hin, dass die Eindämmung im Falle eines Schadens einen hohen Aufwand erfordert. Außerdem befindet sich das System noch in der Validierungsphase. Heißt: Finale Testergebnisse unter Praxisbedingungen stehen bislang noch aus.

Bei der Finanzierung beschreitet das Unternehmen einen Weg, der gewisse Risiken birgt. Das Management nutzt eine Crowdfunding-Kampagne über die Plattform DealMaker, um Kleinanleger einzubinden. Qnetic-Chef Michael Pratt betonte die Tragweite der aktuellen Entwicklungen:

Der Bau der weltweit größten Schwungrad-Testzelle und die gleichzeitige Validierung unseres ersten Pulsar-Systems zeigen sowohl die Reife unserer Technologie als auch unser Vertrauen in ihr kommerzielles Potenzial. Wir schaffen die Infrastruktur, die erforderlich ist, um die Leistung im großen Maßstab unter Beweis zu stellen und die Einführung bei unseren Kunden zu beschleunigen.

Ob die Technologie den weltweiten Batteriemarkt nachhaltig revolutionieren kann, werden die kommenden Testreihen in Shanghai zeigen.

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Bidirektionales Laden könnte Elektroautos künftig zu mobilen Stromspeichern umfunktionieren. Denn mit der entsprechenden Technologie könnten sie Energie nicht nur aufnehmen, sondern bei Bedarf auch wieder ins Haus oder Stromnetz abgeben. Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik hat nun ein kompaktes DC-Ladegerät vorgestellt, das bidirektionales Laden für 800-V-Elektrofahrzeuge ermöglichen soll.

In Deutschland sind derzeit mehr als zwei Millionen Elektroautos zugelassen, im Jahr 2030 könnte die Zahl Prognosen zufolge erstmals die Marke von zehn Millionen überschreiten. Mit dem wachsenden Bestand steigen jedoch gleichzeitig auch die Anforderungen an Ladeinfrastruktur sowie Stromnetze, aber auch eine möglichst effiziente Nutzung der Batterien.

Eine wichtige Rolle könnte dabei das bidirektionale Laden spielen. Dabei nehmen Elektroautos nicht nur Energie auf, sondern können diese später bei Bedarf auch wieder an Gebäude oder das Stromnetz abgeben.

An einer technischen Lösung dafür arbeitet das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF. Die Forscher haben eine kompakte Leistungselektronik entwickelt, die bidirektionales einphasiges DC-Laden effizienter und für einen breiteren Einsatz nutzbar machen soll.

DC-Ladegerät könnte E-Autos zum Stromspeicher machen

Das Fraunhofer IAF hat zusammen mit dem Projektpartner Ambibox einen Demonstrator für ein bidirektionales 800-Volt-Ladegerät entwickelt. Das Gerät wurde auf der PCIM Expo & Conference 2026 in Nürnberg vorgestellt und soll das Laden von E-Autos effizienter, leistungsfähiger und günstiger machen.

Die Technologie ist im Rahmen des Projekts GaN4EmoBiL – kurz für „GaN-Leistungshalbleiter für Elektromobilität und Systemintegration durch bidirektionales Laden“ – entstanden. Das leistungselektronische Modul basiert auf Galliumnitrid und bildet ein bidirektionales Gleichstrom-Ladesystem.

Der vorgestellte Demonstrator kann mit Batteriespannungen von 150 V bis zu maximal 920 V arbeiten und liefert bis zu 3 kW Leistung. Damit werde eine „Lücke im Spannungsfeld zwischen Kosten, Flexibilität, Effizienz und Kompaktheit für bidirektionales Laden“ geschlossen, erklärt Jun.-Prof. Dr. Stefan Mönch, Koordinator des Projekts GaN4EmoBiL.

Alternative zu herkömmlichen On-Board-Chargern

Sogenannte On-Board-Charger sind aktuell in Elektroautos fest verbaut. Sie wandeln den Wechselstrom aus der Steckdose oder einer öffentlichen Ladestation in den Gleichstrom um, den die Batterie speichern kann.

Die Geräte ermöglichen zwar Ladeleistungen von elf oder 22 Kilowatt für schnelle Ladevorgänge, benötigen allerdings durch ihre Größe und ihr Gewicht viel Platz im Fahrzeug. Durch ihre technische Komplexität verursachen sie zusätzlich hohe Kosten.

Die Forscher des Fraunhofer IAF sehen in ihrem Off-Board-Charger eine deutlich günstigere und flexiblere Alternative. Trotz geringerer Ladegeschwindigkeit im Vergleich zu On-Board-Systemen biete er zahlreiche Vorteile.

Das mobile Gerät ist wesentlich kompakter und leichter und kann zusätzlich durch seinen CCS-Stecker (Combined Charging System) und Schutzkontaktstecker (Schuko) vielseitig genutzt werden. Mit einem Gesamtvolumen von 8,3 Litern und einem Gesamtgewicht von 5,7 Kilogramm ist er vergleichsweise klein und leicht.

Zusätzlich kann der Demonstrator für bidirektionales Laden genutzt werden. Somit könne das E-Auto nicht nur als Transportmittel, sondern auch als Energiespeicher fungieren. So nimmt das Fahrzeug bei einem Stromüberschuss im Netz Energie auf und gibt sie bei hoher Nachfrage wieder ab.

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Stromspitzen bei den erneuerbaren Energien stellen die Stromnetze vor Herausforderungen. Ein neuer Ansatz nutzt nun stillgelegte Öl- und Gasbohrlöcher als thermische Großspeicher für überschüssigen Strom aus Photovoltaikanlagen. Das Verfahren soll ungenutzte Infrastrukturen in regulierbare grüne Leistung für Zeiten hoher Nachfrage umwandeln. 

Eine Analyse von Phil Cruver, Chef des US-Unternehmens Geo2Watts, beleuchte das Potenzial sogenannter Bohrloch-Batterien vor dem Hintergrund des Lazard LCOE+ Reports 2026. Inzwischen speisen große Photovoltaikanlagen preiswerten Strom im Preisbereich zwischen 40 und 61 US-Dollar pro Megawattstunde ins Netz ein. Allerdings geht an sonnenreichen Tagen mit geringer Netzkapazität oft wertvolle Energie verloren, weil Anlagen abgeregelt werden müssen.

Hier setzt das Prinzip der Bohrloch-Batterie an. Das System funktioniert im Grunde wie eine gigantische unterirdische Thermoskanne für elektrische Energie. Wenn ein Überangebot an Solarstrom herrscht, treibt der überschüssige Strom eine Hochtemperatur-Wärmepumpe an. Dabei leitet ein Kompressor die Energie in Wärme um. Ein geschlossenes Wassersystem leitet die erzeugte Hitze dann in tiefe, nicht mehr genutzte Bohrlöcher der Erdöl- und Erdgasindustrie ab. Die Speichertemperatur in den umgenutzten Bohrlöchern ist dabei auf etwa 200 Grad Celsius begrenzt.

So funktioniert die Rückverstromung in der Bohrloch-Batterie

Ein verbreiteter Irrtum betrifft die Herkunft der Energie. Das System nutzt keine natürliche Erdwärme aus dem tiefen Boden, sondern verwendet nach eigenen Angaben die Bohrlöcher ausschließlich als künstliche thermische Speicherbehälter. Steigt die Stromnachfrage im Netz oder sinkt die Sonneneinstrahlung am Abend, treibt die gespeicherte Wärme einen Generator an.

Dieser erzeugt direkt verfügbaren, sauberen Strom. Der Prozess wandelt somit die Hitze wieder in synchronen Wechselstrom um, der im Anschluss von Betreibern in das Stromnetz eingespeist werden kann. Diese Umwandlung soll die Rolle der Solarenergie grundsätzlich verändern. Aus fluktuierendem Überschussstrom wird eine garantierte und planbare Leistung für das Stromnetz.

Der ökonomische Wert von Solarstrom misst sich dadurch nicht mehr allein an niedrigen Produktionskosten, sondern am Zeitpunkt und der Flexibilität der Bereitstellung. Ein von Geo2Watts entwickeltes Konzept namens GridValue spiegelt diesen wirtschaftlichen Nutzen wider.

Chancen und wirtschaftliche Hürden für den neuen Energiespeicher

Ein entscheidender Vorteil des Konzepts liegt in der Wiederverwendung bestehender Infrastruktur. Die Nachnutzung inaktiver Öl- und Gasbohrungen ermöglicht die Nutzung bestehender elektrischer Infrastruktur. Zudem greifen Entwickler auf weitgehend erprobte Standardkomponenten wie Wechselstrom-Motoren, Kompressoren und Wärmetauscher zurück.

Dennoch stehen der Technologie noch Hürden bevor. Der Lazard-Bericht zeigt bisher keinen definitiven Nachweis, dass eine solche thermische Speicherlösung kostengünstiger arbeitet als konventionelle elektrochemische Batteriespeichersysteme.

Allerdings besteht für alternative Energiespeicher in diesen Jahren einiges an Potenzial, da die Kosten für Batteriespeicher nach vorherigen Rückgängen wieder angestiegen sind. Ob sich die Bohrloch-Batterie auf dem Markt durchsetzt, hängt letztlich stark von den lokalen Gegebenheiten, der Speicherdauer und netzbedingten Regulierungen ab.

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Ein neues Prinzip könnte Batteriemanagementsysteme in Elektroautos oder Heimspeichern künftig kostengünstiger und sicherer machen. Denn deutsche Forscher haben eine sprechende Batterie entwickelt, die ihren Zustand aus ihrem Inneren heraus übermitteln soll. 

Bislang messen Sensoren die Temperatur von Batteriezellen meist nur an der Außenseite, obwohl Hitze oft zuerst im Inneren entsteht. Ein Forscherteam der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel am Lehrstuhl für Leistungselektronik stellte kürzlich aber eine neue Entwicklung vor. Erstautor Johannes Diers und Doktor Hamzeh Beiranvand nutzten vorhandene Stromanschlüsse, um digitale Signale direkt aus dem Zellinneren nach außen zu senden.

Bislang messen Hersteller die Temperatur von Akkus vorwiegend nur an der äußeren Hülle. Gefährliche Hitze entsteht aber oft zuerst im Inneren einer Batterie und bleibt dort zunächst unbemerkt. Ein winziger elektronischer Schaltkreis wandelt im neuen Verfahren die Messwerte um und nutzt die regulären Ladeleitungen als Kommunikationskanal. Dadurch soll das System keine zusätzlichen Datenkabel benötigen und wertvollen Platz sparen.

Wie sprechende Batterien Kosten und Bauraum sparen

Die doppelte Nutzung vorhandener Komponenten könnte dazu beitragen, dass das Kommunikationssystem kostengünstiger als herkömmliche Sensorlösungen wird. Das Kieler Team spricht nach einer ersten Kostenabschätzung von einer Ersparnis von rund 35 Prozent.

Das Prinzip funktioniert theoretisch nicht nur mit Temperatursensoren, sondern auch mit Druck-, Gas- oder anderen Sensoren. Diese könnten auf die gleiche Weise Informationen übertragen. Hamzeh Beiranvand ordnet die Entwicklung wie folgt ein:

Unsere Arbeit ist ein erster Schritt hin zu intelligenten Batterien, die ihren Zustand kontinuierlich überwachen und melden. Das würde Batteriesysteme sicherer und wirtschaftlicher machen.

Potenzielle Vorteile und langfristiger Nutzen der Technologie

Da die Sensoren Vorgänge im Zellinneren direkt erfassen, könnte das Verfahren dazu beitragen, Batteriesysteme langfristig sicherer zu gestalten. Gleichzeitig könnte der Ansatz dazu beitragen, die Kosten für solche Systeme in Anwendungen wie Elektroautos oder Heimspeichern zu reduzieren.

Der Schaltkreis ließe sich nach Einschätzung des Teams zukünftig noch weiter verkleinern oder sogar direkt in neue Batteriematerialien integrieren. So soll ein Einsatz in Elektroautos, der Wind- und Solarenergie bis hin zu Heimspeichern möglich sein.

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Weltweit nimmt die Zulassung von Elektrofahrzeugen weiter zu. Doch die Alterung der darin verbauten Akkus stellt die Industrie vor Herausforderungen. Ein internationales Forscherteam hat nun auf atomarer Ebene entschlüsselt, warum es zum Leistungsabfall von Batterien kommt. Dabei rückt ein Bauteil in den Fokus, das bislang als passives galt. 

Im Juni 2026 waren Elektroautos in Deutschland erstmals die meistverkaufte Antriebsart bei den Pkw-Neuzulassungen. Obwohl die Fahrzeuge in der Praxis bereits mehrere hunderttausend Kilometer mit einem einzigen Akkusatz zurücklegen können, nimmt die Speicherkapazität mit der Zeit ab. Wissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum, des Helmholtz-Instituts Ulm und des Karlsruher Instituts für Technologie untersuchten diesen Alterungsprozess kürzlich genauer. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Advanced Energy Materials.

Im Zentrum der Forschung stand der Stromkollektor von Batterien, der aus Kupferfolie besteht. Diesen betrachteten Ingenieure in der Vergangenheit lediglich als inerte Leiterbahn, also solch eine, die keine oder nur minimale chemische Reaktionen aufweist.

Die neue Erkenntnis: Beim Laden und Entladen wandern Lithium-Ionen durch die Zelle, lagern sich jedoch bereits nach dem ersten Zyklus an den Grenzflächen der Kupferfolie an. Wie in winzigen mikroskopischen Fallen verfangen sich die Teilchen in Defekten, die durch mechanische Belastungen im Material entstehen. Infolgedessen verbleiben die Lithium-Ionen dauerhaft in der Folie und stehen nicht mehr für die Energiespeicherung zur Verfügung.

Wie der Leistungsabfall von Batterien auf atomarer Ebene entsteht

Die Wissenschaftler machten die strukturellen Schäden mithilfe der Atomsondentomografie sichtbar. Mit diesem Verfahren fertigten sie eine hauchdünne Materialspitze, die tausendfach dünner als ein menschliches Haar ist. Diese ermöglichte die Erstellung von dreidimensionalen Karten einzelner Atome.

Bereits nach drei Ladezyklen zeigten sich sichtbare Materialveränderungen in den obersten 100 Nanometern der Kupferfolie. Die Oberfläche kristallisierte und oxidierte. Nach acht Ladezyklen war eine signifikant höhere Menge an Lithium im Kupfer eingeschlossen als zu Beginn des Prozesses.

Neben Lithium dringen auch Sauerstoff und Kohlenstoff in das Metall ein. Insbesondere bindet der Sauerstoff weiteres Lithium an sich, was die Zersetzung des Stromkollektors verstärkt. Tong Li von der Ruhr-Universität Bochum hob die Tragweite der Entdeckung hervor:

Diese Vorgänge zu verstehen, ist von großer Bedeutung für anodenfreie Batterien der Zukunft. Wo genau sich die Lithium-Ionen einlagern, war bislang aber unklar. Lithium in Kupfer ist schwer nachzuweisen, da es an analytischen Möglichkeiten mangelt, hochaktives und leichtes Lithium nachzuverfolgen.

Neue Perspektiven für anodenfreie Energiespeicher

Besonders kritisch ist dieser Effekt für anodenfreie Systeme, sogenannte Zero-Excess-Batterien. Da diese Akkutypen mit extrem geringen Lithium-Reserven arbeiten, führt jeder Verlust direkt zu einer kürzeren Lebensdauer. Trotzdem haben genau diese Speichermedien das Potenzial für eine deutlich höhere Energiedichte.

Die neuen Erkenntnisse könnten die Reichweite von Elektrofahrzeugen aber deutlich steigern. Auch für die weltweite Speicherung von Strom aus Wind- und Solaranlagen spielt ein verlustfreies System eine entscheidende Rolle.

Obwohl die Studie noch keine sofort einsatzbereite Marktlösung bereithält, bildet das tiefere Verständnis ein Fundament für künftige Entwicklungen. Durch die gezielte Beschichtung der Kupferfolie, neuartige Materialmodifikationen oder angepasste Ladeverfahren lässt sich das Feststecken der Ionen künftig womöglich verhindern.

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