~2026-14290-7: ZEBRA steht historisch für Zeolite Battery Research in Africa. Zero Emission Battery Research Activities wurde später fälschlicherweise genutzt.

2026-01-09T12:28:23Z

ZEBRA steht historisch für Zeolite Battery Research in Africa. Zero Emission Battery Research Activities wurde später fälschlicherweise genutzt.

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[[Datei:ZEBRA-Batterie, Natrium-Nickelchlorid-Batterie .jpg|mini|Natrium-Nickelchlorid-Batterie, [[Museum Autovision]], [[Altlußheim]]]]
[[Datei:Molten Salt Battery (Zebra).JPG|mini|Natrium-Nickel-Batterie mit metallisch eingeschweißten Zellen in dicker Wärmedämmung]]

Eine '''Natrium-Nickelchlorid-Zelle''', auch als '''ZEBRA-Batterie''' ({{enS|''Zeolite Battery Research Africa''}})<ref>{{Internetquelle |url=https://www.batteriesinternational.com/2016/09/22/battery-pioneers-johan-coetzer/ |titel=Johan Coetzer – Batteries International |datum=2016-09-22 |sprache=en-GB |abruf=2026-01-09}}</ref><ref name="linden1" /> bezeichnet, ist ein wiederaufladbarer [[Akkumulator]], eine sogenannte [[Sekundärzelle]]. Sie zählt zu den [[Thermalbatterie]]n. Statt eines flüssigen [[Elektrolyt]]en werden ein [[Festelektrolyt|fester Elektrolyt]] und eine Kombination aus flüssigen und festen [[Elektrode]]n verwendet.
Der Akkumulator wurde in [[Elektrofahrzeug]]en wie [[Elektroauto]]s, [[Hybridbus]]sen und in [[Batteriebus|Elektrobussen]] eingebaut. Er wird in [[Batterie-Speicherkraftwerk]]en und im Bereich der [[Rüstungsindustrie]] verwendet.

== Geschichte und Hersteller ==
Thermisch aktivierte Batterien ([[Thermalbatterie]]) wurden in Deutschland schon in der [[A4 (Rakete)|V2-Rakete]] eingesetzt. Sie wurden von Georg Otto Erb auf Basis von [[Calciumchromat]] bereits im [[Zweiter Weltkrieg|Zweiten Weltkrieg]] entwickelt.

Danach wurde die Zebra-Zelle gegen Ende der 1970er Jahre von der südafrikanischen Firma ''Zebra Power Systems and Beta R&D Ltd'' ausgebaut, dafür erhielt diese 1978 ein erstes Patent.<ref name="linden1" /><ref name="Advances in ZEBRA">Cord-H. Dustman, ''MES-DEA'', Stabio, Switzerland 2004: [http://www.gunnarmusan.de/Material/Advances%20in%20ZEBRA%20Batteries.pdf ''Advances in ZEBRA batteries''], historische und technische Fakten zur ZEBRA-Batterie, PDF-Dokument, aufgerufen am 25. Januar 2012.</ref> Die Firma ''Beta Research and Development'' entwickelte die Technologie weiter, bevor sie 1988 von der späteren ''AEG Anglo Batteries GmbH'' unter Beteiligung der ''[[Daimler AG]]'' übernommen wurde. Von der ''AEG Anglo Batteries GmbH'' kamen Produktionsverfahren und seit 1994 einsatzfähige [[Traktionsbatterie|Traktionsakkus]] für [[Elektroauto]]s, so für die [[Konzeptfahrzeuge von Mercedes-Benz#Studie A|Mercedes-Benz Studie A]] ebenso wie für die danach als Elektroauto serienreif entwickelte [[Mercedes-Benz A-Klasse|A-Klasse]] electric.<ref name="ZEBRA A-Class">Prospekt der Daimler-Benz AG, 12/1997: [http://www.umweltbrief.de/pdf/Mercedes_A-class_electric_zebra.pdf ''The A-Class Electric Vehicle, Powered by the ZEBRA Battery System''] PDF-Prospekt, aufgerufen am 18. Januar 2012.</ref>

Nach Einstellung dieses Projektes und der Verschmelzung von ''Daimler AG'' und ''[[Chrysler]]-AG'' wurden Technologie und Patente an ''MES-DEA'' in der Schweiz verkauft.<ref name="linden1" /> ''MES-DEA'' produzierte Zebra-Akkus und rüstete verschiedene Kraftfahrzeuge mit Elektromotoren und Zebra-Batterien aus, u. a. [[Renault Twingo]], [[Smart (Auto)|Smart]] und [[Fiat Panda]]. Am Standort [[Stabio]] in der Schweiz werden die Batterien seit etwa 1998 produziert. 2010 gründete ''MES-DEA'' mit dem italienischen Batteriehersteller ''[[FIAMM]]'' das Unternehmen ''FZ Sonick'', das die Batteriefertigung in Stabio sowie alle Patente und geistiges Eigentum übernahm. Nachdem ''MES-DEA'' zum 1. Juli 2010 seine Anteile an FIAMM verkaufte, firmiert das Unternehmen als ''FIAMM SoNick SA''. SoNick steht darin für Sodium-Nickel-Chlorid. Das Geschäftsfeld Fahrzeugumrüstung wurde von ''MES-DEA'' an die ''Kamoo AG'' übergeben.

Im Jahr 2010 war ''FIAMM SoNick SA'' in Stabio (Schweiz) neben ''[[Rolls-Royce Motor Cars|Rolls-Royce]]'' in [[Vereinigtes Königreich|Großbritannien]] wesentlicher Hersteller von Zebra-Batterien.
Seit 2012 fertigte auch [[General Electric]] Natrium-Nickelchlorid-Batterien und verkaufte sie unter dem Namen Durathon®.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.batteryconsult.ch/Company%20.%20Competences.htm |titel=Competences |hrsg=Battery Consult |datum= |zugriff=2016-01-06 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160305174210/http://www.batteryconsult.ch/Company%20.%20Competences.htm |archiv-datum=2016-03-05 |offline=ja }}</ref><ref>{{Internetquelle |url=http://www.greencarcongress.com/2010/05/durathon-20100518.html |titel=GE Launches Durathon Sodium-Metal Halide Battery for UPS Market |hrsg=Green Car Congress |datum=2010-05-18 |zugriff=2014-07-25 |sprache=en}}</ref> Sie hatten eine Leistung von 50 kW und konnten eine Energie von 100 kWh speichern. Zu Modulen können sie mit einer Leistung bis zu einem Megawatt und einer Energie bis zu 6 MWh zusammengestellt werden. Wegen des geringen kommerziellen Erfolgs wurde die Fertigung Anfang 2015 stark reduziert.<ref>{{cite web |url=http://www.greentechmedia.com/articles/read/ge-scales-back-production-of-grid-scale-durathon-batteries | title=GE Scales Back Production of Grid-Scale Durathon Batteries |author=Jeff St. John |publisher=Greentech Media |date=2015-01-22 |accessdate=2016-01-10 }}</ref>

== Aufbau und Eigenschaften ==
[[Datei:Sodium-nickel-chloride cell.svg|mini|Schnittdarstellung durch eine Natrium-Nickelchlorid-Zelle]]

Die [[Reaktant]]en sind [[Natriumchlorid]] (Kochsalz), mit einer flüssigen Salzlösung aus [[Nickelchlorid]] und Natriumchlorid durchtränktes [[Sintern|gesintertes]] [[Nickel]] als positive [[Elektrode]], und durch einen Separator getrennt im Außenbereich flüssiges [[Natrium]] als negative Elektrode. Die Trennung im Separator wird durch eine nur für Natriumionen durchlässige [[Semipermeabel|semipermeable]] [[Keramik]]wand aufrechterhalten, die die Natriumelektrode von der Natriumchlorid/Nickelchlorid/Nickelelektrode trennt und zugleich als [[Festelektrolyt]] dient. Wesentlicher Bestandteil der Keramik ist [[Natriumaluminat#Natrium-β-aluminat|Natrium-β-aluminat]] (NaAl<sub>11</sub>O<sub>17</sub>), bei dem ab einer Temperatur von 270 °C die Natriumionen so beweglich werden, dass eine ausreichende Leitfähigkeit besteht.<ref name="holleman1" /> Vorteilhaft ist, dass das reine Natriummetall an der negativen Elektrode flüssig vorliegt, was den Aufbau inaktiver und zerstörerischer Verbindungen ([[Dendrit (Kristallographie)|Dendriten]]) verhindert.

Die Betriebstemperatur der durch Vakuum-Isolation wärmegedämmten Batterie beträgt typisch 300 °C (270 bis 350 °C). Die Batterie weist keine elektrochemische Selbstentladung auf, der Wirkungsgrad liegt bei rund 80 %. Allerdings muss die Zelle zur Aufrechterhaltung der Funktion auf hoher Betriebstemperatur gehalten werden, wodurch trotz thermischer Isolation eine Heizung notwendig ist. Während bei hinreichend hoher Energieentnahme die thermischen Verluste am [[Innenwiderstand]] der Zelle für das Halten der Temperatur ausreichen, ist bei Nichtnutzung eine zusätzliche Heizung notwendig, die, wenn sie ihre Leistung von der Zelle bezieht, zu einer stetigen Entladung führt.

Hinsichtlich der Lebensdauer wurde 2004 über eine Testbatterie berichtet, die seit elf Jahren im Test und über 3000 Zyklen genutzt worden ist (was etwa einem Zyklus pro Arbeitstag ausmacht). Es wurden zwei Typen vorgestellt: Beide mit je 17,8 [[kWh]] Energieinhalt, einmal bei 278 [[Volt (Einheit)|V]] mit 64 [[Amperestunde|Ah]] und einmal bei 557 V und 32 Ah. Die Blöcke wiegen je 195 kg mit Gehäuse und Batteriemanagement, die spezifische Energie beträgt 94 Wh/kg. Die maximale Leistung beträgt laut Hersteller rund 32 kW.<ref name="dustmann1" /> Batterien, die unter den Schmelzpunkt der Salze abgekühlt waren, können durch Aufheizen reaktiviert werden. Im abgekühlten Zustand kann von einer unbegrenzten Lagerfähigkeit ausgegangen werden, da die chemischen Substanzen dann inaktiv sind. Zur Anzahl der Abkühl-/Aufheizzyklen macht der Hersteller keine offizielle Angabe. Es kann davon ausgegangen werden, dass häufiges Abkühlen und Aufheizen zu mechanischen Belastungen der keramischen Membran führt. Jedoch ist das gelegentliche Abkühlen der Batterie im praktischen Einsatz unproblematisch.

Die [[Energiedichte]] beträgt etwa 100–120 [[Wattstunde|Wh]]/[[Kilogramm|kg]]. Im Vergleich dazu hat ein [[Bleiakkumulator]] eine Dichte von etwa 30 Wh/kg. Pro kWh Speicherkapazität benötigt eine Zebra-Batterie 1,53 kg Nickel, 1,43 kg Eisen, 0,31 kg Kupfer, 2,24 kg NaCl und 1,43 kg Aluminiumhydroxid ([[Böhmit]]).<ref name="Zebra1" />

Die Ausgangsstoffe sind im Vergleich zu anderen Akkutechnologien in ausreichenden Mengen preiswert vorhanden. Auch die Herstellung ist relativ unkompliziert. Die derzeit hohen Kosten je Kilowattstunde erklären sich aus den geringen produzierten Stückzahlen und könnten bei automatisierter Massenproduktion deutlich gesenkt werden. In der Schweiz wurde eine Untersuchung der gesamten [[Ökobilanz]] am Beispiel eines Twingo mit Zebra-Batterie durchgeführt. Dabei bestätigte sich, dass lediglich bei Betrieb mit reinem Kohlestrom oder sehr ungünstigem Nutzungsprofil der Zebra-Batterie (lange Standzeiten) die Umweltbilanz des Elektroautos schlechter als die von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ausfallen kann.<ref>Paul Scherer Institut PSI, 7. April 2010: [http://gabe.web.psi.ch/pdfs/emobility/Oekobilanz_Elektromobilitaet_Schlussbericht.pdf Ökobilanz der Elektromobilität] (PDF; 361 kB), eingefügt am 27. Februar 2012.</ref>

== Elektrochemie ==
Die Gesamtreaktion bei der Entladung ist:

:<math>\mathrm{NiCl}_2 + 2\mathrm{Na} \longrightarrow \mathrm{Ni} + 2\mathrm{NaCl} + \text{elektrische Energie}</math>

Bei der Ladung läuft der Vorgang in umgekehrter Richtung ab. Die Zellenspannung im Leerlauf bei geladener Zelle beträgt üblicherweise 2,58 V. Diese Spannung hängt neben dem Aufbau der Zelle auch von der Ladegeschwindigkeit ab. Daneben existieren noch weitere Varianten, beispielsweise mit Elektroden aus gesintertem Eisen statt Nickel. Diese Zellen weisen eine Leerlaufspannung von 2,35 V auf.<ref name="linden1" />

== Anwendungen ==
=== Elektromobilität ===
Schon die Entwicklung der Zebra-Batterie war eng mit der Elektromobilität, ausgelöst durch die [[CARB]]-Gesetzgebung in Kalifornien, verknüpft.<ref name="ZEBRA A-Class" /> ''MES-DEA'' hat dann bis 2009 Zebra-Akkus produziert und auch Kraftfahrzeuge mit Elektromotoren und Zebra-Batterien ausgerüstet, u. a. [[Renault Twingo]], [[Smart (Auto)|Smart]] und [[Fiat Panda|Panda]]. Diese wurden in der Schweiz und Italien vertrieben. Auch im Überland-Hybridbus O 405 NÜH, einem [[Duo-Bus]], wurde 1996 eine 800 kg schwere [[Traktionsbatterie]] auf dem Fahrzeugdach verbaut.<ref>Omnibus-Archiv, 23. Dezember 2008: [http://www.omnibusarchiv.de/include.php?path=content&mode=print&contentid=442 ''Alternative Antriebe in Omnibussen der Daimler AG – Teil I'', Abschnitt ''O 405 GNTD: die Renaissance der Radnabenmotoren''], aufgerufen 11. Oktober 2013.</ref>

Das derzeit bekannteste Auto mit Zebra-Batterie ist der [[Think City]]<ref name="Advances in ZEBRA" /> und der [[Smart (Auto)|Smart]] EV in einer limitierten Auflage für [[London]], GB. Auch der weltweit größte Hersteller von Elektrovans und Elektrolastern [[Smith Electric Vehicles]] hat Zebra-Batterie-Packs genutzt, so z. B. für den Smith Newton Range, ein 7,5-Tonner mit einem 120-Kilowatt-Elektromotor. Auch in [[Hybridbus]]sen in Italien und vollelektrischen Bussen in Kalifornien wurden ZEBRA-Batterien ausgerüstet.<ref name="Advances in ZEBRA" /> Zebra-Batterien sind in verschiedenen Elektrofahrzeugen auch in Deutschland im Einsatz, u. a. in einem Daimler-Bus MB410E des BIMAQ, Bremen und in einem von der Firma Krebs und Aulich auf Elektroantrieb umgerüsteten Audi A2.
In Frankreich wurde 2011/2012 die Post mit Elektrofahrzeugen vom Typ [[Peugeot Partner]] und [[Citroën Berlingo]] ausgerüstet, die mit Zebra-Akkumulatoren ausgestattet sind. Die Ausrüstung erfolgte bei [[Venturi Automobiles|Venturi]].<ref>Venturi, (01/09/2011): {{Webarchiv|url=http://www.venturi.fr/Actualites/Actualites/Manufacture-de-Vehicules-Electriques |wayback=20120206155221 |text=Manufacture de Véhicules Électriques}}, Videolink Fertigung: „mve – Voir la video“, eingefügt am 12. März 2012.</ref> Auch der Transporter [[Iveco Daily|Iveco Daily Electric]] ist mit einer ZEBRA-Batterie ausgerüstet, dieser wird z. B. von der Deutschen Post DHL seit 2011 in geringer Stückzahl testweise eingesetzt.<ref>[http://web.iveco.com/germany/presse/veroeffentlichungen/Pages/IvecoElectricDailybeiderDeutschePostDHL.aspx ''Deutsche Post DHL setzt auf Iveco Electric Daily'']. Pressemitteilung Iveco vom 20. September 2010. Online auf web.iveco.com.</ref><ref>{{Webarchiv|url=http://www.dp-dhl.com/de/presse/pressemitteilungen/2013/co2_freie_zustellung_bonn.html |wayback=20130613103057 |text=''Deutsche Post DHL macht Bonn zur Musterstadt für CO2-freie Zustellfahrzeuge'' }}. Pressemitteilung Deutsche Post DHL vom 21. Mai 2013. Online auf www.dp-dhl.com. Siehe auch Link „Factsheets alternative Fahrzeuge“.</ref> Obwohl die käuflichen Elektrofahrzeuge mit langsamen Bordladern ausgerüstet sind, wurde im Prospekt der Daimler-AG (Seite:8)<ref name="ZEBRA A-Class" /> eine Schnelllademöglichkeit erwähnt. In der deutschen Übersetzung heißt es: „Das Laden der Batterien über das eingebaute Ladegerät dauert bei Vollentladung sieben Stunden. Mit externen Ladegeräten lässt sich der Ladevorgang auf eine Stunde verkürzen.“

=== Mobilfunk-Basisstationen und Speicherkraftwerke ===
Wegen der langen Haltbarkeit und unproblematischen Beheizung als Stationärbatterie an einem stromversorgten Ort wurden sie zunehmend in Mobilfunk-[[Basisstation]]en als Pufferakku verbaut. Hersteller war beispielsweise [[General Electric]].

Es gibt über ein Dutzend [[Batterie-Speicherkraftwerk]]e, die Natrium-Nickelchlorid-Batterien nutzen; etwa zehn weitere waren 2014 im Bau.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.energystorageexchange.org/projects |titel=DOE Global Energy Storage Database – Projects |hrsg=Sandia Corporation |zugriff=2014-11-07 |sprache=en |archiv-url=https://web.archive.org/web/20141115123502/http://www.energystorageexchange.org/projects |archiv-datum=2014-11-15 |offline=ja }}</ref> Die 2014 stärkste war in Kanada im Einsatz, stammte von [[General Electric]] und konnte zwei Stunden lang ein Megawatt leisten.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.energystorageexchange.org/projects/1299 |titel=Wind Energy Institute of Canada Durathon Battery |autor=DOE Global Energy Storage Database |hrsg=Sandia Corporation |datum=2014-11-07 |zugriff=2014-11-07 |sprache=en}}</ref>

=== Waffensysteme ===
Wegen ihrer hohen Energiedichte und Zuverlässigkeit werden ZEBRA-Batterien auch in [[Waffensystem]]en wie [[U-Boot]]en und [[Rakete]]n eingesetzt. Europäische Hersteller sind z. B. [[Rolls-Royce (Triebwerke)|Rolls-Royce]]. Rolls-Royce bietet ZEBRA-Batterien von 24 V bis 1000 V und mit einer Kapazität von 2 kWh bis 50 kWh an.

== Literatur ==
* {{Literatur
|Autor=R. A. Guidotti, P. Masset
|Titel=Thermally activated („thermal“) battery technology Part I: An overview
|Sammelwerk=[[Journal of Power Sources]]
|Band=161
|Nummer=2
|Datum=2006
|Seiten=1443 bis 1449
|DOI=10.1016/j.jpowsour.2006.06.013}}
* {{Literatur
|Autor=Jeffrey W. Braithwaite, William L. Auxer
|Hrsg=David Linden
|Titel=Sodium-Beta Batteries
|Sammelwerk=Handbook of Batteries
|Auflage=2
|Verlag=McGraw-Hill
|Datum=2002
|Kapitel=40
|ISBN=0-07-135978-8}}

== Weblinks ==
* [http://www.fiammsonick.com/ Homepage von Fiamm SoNick]
* [http://www.varta-automotive.de/index.php?id=89&L=1 Varta-Batterielexikon: Die Entwicklung der Batterie]
* Elektroversionen des [http://www.e-mobile.ch/pdf/2007/Fact-Sheet_PandaElettrica-04-2007_DW.pdf Fiat Panda] (PDF; 223 kB) und [http://www.e-mobile.ch/pdf/2007/Fact-Sheet_TwingoElektra-04-2007_DW.pdf Renault Twingo] (PDF; 325 kB) mit Zebras
* [http://ds1.dreifels.ch/twikeklub/page.asp?DH=549 Fahrbericht Renault Twingo elettrica mit Zebra-Batterie]
* [http://auto-presse.de/modell-news.php?action=view&newsid=12678 Smart bekommt Elektromotor – Eine Elektroversion] des Smart Fortwo feiert nun in Großbritannien Premiere. 13. Juli 2006. Damit soll 2007 ein Großversuch mit 100 Wagen in London starten
* [http://www.bulletin-online.ch/uploads/media/article_146652.pdf Elektromobilität im Tessin], PDf Artikel zu MES-DEA / FZ Sonick und Elektromobilität
* [http://www.rolls-royce.com/marine/products/submarine_equipment/ZEBRA/index.jsp The Rolls-Royce ZEBRA concept]

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="linden1">{{Literatur |Autor=Jeffrey W. Braithwaite, William L. Auxer |Titel=Handbook of Batteries |Auflage=2 |Verlag=McGraw-Hill |Datum=2002 |ISBN=0-07-135978-8 |Kapitel=Kap. 40: ''Sodium-Beta Batteries'' |Seiten=40.1 bis 40.31}}</ref>
<ref name="holleman1">{{Holleman-Wiberg |Auflage=101. |Startseite=?}}</ref>
<ref name="dustmann1">Vortrag von Cord-Henrich Dustmann (damals Leiter der Zebra-Aktivitäten bei MES-DEA), Juni 2004.</ref>
<ref name="Zebra1">{{Webarchiv |url=http://www.gunnarmusan.de/Material/ZEBRA%20Battery%20-%20Material%20Cost,%20Availability%20and%20Recycling.pdf |wayback=20101225185500 |text=Galloway, Dustmann: ZEBRA Battery – Material Cost}} (PDF; 415 kB)</ref>
</references>

{{Navigationsleiste Galvanische Zellen}}

{{Normdaten|TYP=s|GND=4529991-2}}

[[Kategorie:Fahrzeugelektrik]]
[[Kategorie:Akkumulator]]

Zebra-Batterie - Versionsgeschichte

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