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Alt 16.01.2017, 19:02   #1
HaraldL
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Standard Transportabler, supraleitender Energiespeicher

Könnte man prinzipiell transportable, supraleitende Energiespeicher, ähnlich Akkumulatoren bauen? Gut, die Tiefkühlung ist heute noch das Hauptproblem, aber auch das erzeugte Magnetfeld dürfte, wenn man nicht gerade Schrotthändler ist, Probleme bereiten. Nun absorbieren aber auch Supraleiter Magnetfelder. Würde ein supraleitender Energiespeicher in einen supraleitenden Gehäuse noch starke störende Magnetfelder zeigen oder wäre dieser außen kaum noch magnetisch? Könnte ein supraleitender Energiespeicher mehr Energie speichern, als ein Akku gleicher Größe?
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Alt 16.01.2017, 21:17   #2
basti_79
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Standard

Hmm. Also, erst einmal: in einem Supraleiter kann man Energie speichern, einfach, indem man ihn zu einem Kreis biegt und Strom dadurch fließen lässt. Dieser Strom baut dann ein Magnetfeld auf, das wohl den größten Teil der Energie aufnimmt und damit auch speichert. Es hat ja keinen Grund, sich abzubauen.

So über den Daumen gepeilt könnte man mal den maximalen Strom in den Magneten des LHC zugrundelegen: 11 kA. Das Magnetfeld einer langen Spule (wohl die optimale Konfiguration?) ist: B = my*N/l*I = 1,25*10^6*250/0,05*11*10^3 N/Am ~= 68 T (geschätzt 250 Windungen), das entspricht dann
68^2/my J, was 3699 MJ bzw. MAs entspricht. Das wäre - auf dem Papier - deutlich mehr (Milliarden Male!) als ein Akku oder eine Batterie speichern kann.

Allerdings befürchte ich, dass beim Versuch, ein 68 T starkes Magnetfeld aufzubauen, diverse Dinge zu Bruch gehen würden. Die Spule selber zum Beispiel, oder es könnte sein, dass irgendwelche Möbelstücke sich bewegen würden. Es könnte auch schwer werden, sich mit einem solchen Magnetfeld im Gepäck irgendwo in der Nähe von Metall zu bewegen. Und irgendwann wird auch das Vakuum doppeltbrechend, so dass interessante visuelle Effekte zu erwarten wären. Aber ansonsten...

Vielleicht hab' ich mich auch irgendwo verrechnet.
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Alt 17.01.2017, 00:19   #3
Sakslane
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Eine typische Autobatterie hat vielleicht um die 80 Ah bei 12 V. Das wären 12 * 80 Wh = 12 * 80 * 3600 Ws = 3456000 J = 3,456 MJ. Also ist das Ergebnis deiner Berechnung nicht Milliarden Male größer als ein solcher Bleiakku, sondern entspricht etwa 1000 Bleiakkus.

Allerdings ist auch 68 T ewas hoch gegriffen - so viel bringen die Magnete beim LHC sicher nicht, eher in der Größenordnung 8 T - bei höheren Flussdichten würde die Supraleitung zusammenbrechen. (Außerdem liegt die Permeabilität des Vakuums µ nicht bei 1,257 * 10⁶ H/m, sondern 1,257 * 10⁻⁶ H/m - aber das ist wohl nur ein Tippfehler, mit deinen Zahlen, also 250 Windungen auf 5cm, kommt man nämlich tatsächlich auf 68 T).

Dann ist B² / 2µ auch nicht die gespeicherte Energie, sondern die Energiedichte, d.h. die Energie pro Volumen. Wenn die Spule tatsächlich nur 5cm groß sein soll, kommt man auf ein Volumen von 1,25 * 10⁻⁴ m³. Mit deinen Zahlen (also auch den 68 T, die über dem technisch machbaren liegen) komme ich dann auf 0,23 MJ, was deutlich unter einem Bleiakku liegt.

Mit etwas realistischeren Zahlen (8 T in einem Block von 20 cm Kantenlänge, also etwa so groß wie der Bleiakku) komme ich auf 0,2 MJ, also 1/17 der Energie im Bleiakku. Elektrochemisch lässt sich eben deutlich mehr Energie speichern als mit makroskopischen Magnetfeldern - einfach dadurch, dass die Energieniveaus im Atom durch die Nähe zwischen Elektron und Kern und die entsprechend große Wechselwirkung zwischen beiden viel Energie aufnehmen können, und so ein Akku hat eben viele Atome.
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Alt 17.01.2017, 14:40   #4
basti_79
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Beiträge: 9.121
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Ich hatte einen Mignon-Akku für die Dimensionen zugrundegelegt. Da ich mich irgendwo verhaspelt habe, hatte ich das aber wegeditiert. Danke für die Korrektur.
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Alt 17.01.2017, 16:01   #5
Llewellian
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Ich möchte ausserdem auf einen sehr starken Energieverlust hinweisen - Induktion.

Die im elektromagnetischen Feld einer Spule gespeicherte Energie nimmt ab, sobald ein anderer Leiter in die Nähe kommt und sich das Feld bewegt.

Das nennt sich Induktion und diese Art der Energieübertragung über einen Luftspalt hinweg wird seit Erfindung des Transformators benutzt.

D.h, würde jemand mit einer geschlossenen Supraleitenden Spule herumlaufen, würde sich das Magnetfeld für ortsfeste Leiter auf seinem Weg "ändern". Dieses Feld würde also Energie in diesen Leiter induzieren.

Das ist wohl nicht wirklich gewollt.

Ausser im Falle von NNEMP-Bomben. Da entläd eine Höchstleistungskondensatorbank all ihre Energie in eine Spule und diese wird dann gesprengt. Dadurch verdichtet sich das Feld und es entsteht ein einziger Hochleistungs-Elektromagnetischer Puls.

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