Organische Flussbatterien für günstige Windstrom-Speicher

Neuer Prototyp kommt ohne Verbindungen aus Metall aus – Grundlage für günstige Großspeicher für Strom
Neuartige Flussbatterie: Prototyp speichert Strom ohne metallhaltige Verbindungen
Neuartige Flussbatterie: Prototyp speichert Strom ohne metallhaltige Verbindungen
© Eliza Grinnell, Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Cambridge (USA) - Je mehr Strom aus Wind und Sonne gewonnen wird, desto wichtiger werden Stromspeicher, um die vom Wetter abhängige, schwankende Stromerzeugung auszugleichen. Hohe Wirkungsgrade von über 80 Prozent und schnelle Reaktionszeiten bieten sogenannte Flussbatterien. Erste Anlagen, die mit metallischen Salzen und relativ teurem Vanadium arbeiten, wurden bereits entwickelt. Nur ein Drittel der Kosten erwarten nun amerikanische Wissenschaftler, die eine solche Redox-Flow-Batterie ganz ohne Metalle konstruiert haben. Einen Prototyp ihres Stromspeichers präsentieren sie in der Fachzeitschrift „Nature“.

„Sichere und günstige Flussbatterien könnten eine sehr wichtige Rolle für eine Stromversorgung aus erneuerbaren Energiequellen spielen“, sagt Michael J. Aziz von der Harvard University in Cambridge. Mit seinen Kollegen wählte er mit Chinonen spezielle organischen Verbindungen, die sehr gut für eine elektrochemische Stromspeicherung geeignet sind. Der Prototyp des Systems bestand aus zwei kleinen Tanks, jeweils gefüllt mit einer Lösung aus elektroaktiven Substanzen. Diese Flüssigkeiten wurden in eine elektrochemische Zelle gepumpt, die in der Mitte von einer Membran in zwei Teilzellen getrennt wurde. In eine Halbzelle floss die Chinon-haltige Flüssigkeit, in die andere eine Bromid-Lösung. Positiv geladene Ionen wanderten durch die Membran, während sich zeitgleich negativ geladene Elektronen durch einen angeschlossenen Stromkreis bewegten.

In weiteren Versuchen luden und entluden die Forscher ihre organische Flussbatterie und erreichten dabei relativ hohe Leistungsdichten von 600 Milliwatt pro Quadratzentimeter. Nach 15 Ladezyklen konnten sie keinen nennenswerten Leistungsverlust feststellen. Für den praktischen Einsatz müssten die Batterien allerdings bis zu 10.000 Ladezyklen lang zuverlässig funktionieren. Flussbatterien mit metallischen Salzen konnten diese Langlebigkeit bereits unter Beweis stellen. Doch Aziz ist optimistisch, dieses Ziel auch mit seiner Chinon-Bromid-Flusszelle bald zu erreichen.

Einen großen Vorteil gegenüber den metallhaltigen Flussbatterien sieht Aziz in den Kosten. So schlagen die von ihm verwendeten Chemikalien mit 27 Dollar pro Kilowattstunde gespeicherten Stroms zu Buche. Die Materialkosten in einer Vanadium-Flussbatterie summierten sich dagegen auf mehr als 80 Dollar. Zudem könnten die elektrochemischen Eigenschaften der organischen Flussbatterie durch chemische Varianten der verwendeten Chinon-Verbindungen noch weiter verbessert werden.

Bis organische Flussbatterien in großem Maßstab Wind- und Solarstrom zwischenspeichern könnten, werden noch einige Entwicklungsjahre nötig sein. Dennoch bieten sie parallel zu anderen Speichertechniken - etwa über Druckluft, Wasserstoff oder mit Lithiumionen-Akkus - ein großes Potenzial. Mit großer Wahrscheinlichkeit werden in den kommenden Jahren alle verfügbaren Speichertechniken in der Praxis getestet werden. Und es nicht ausgeschlossen, dass nahezu jede abhängig von den lokalen Anforderungen ihren Markt finden wird.

© Wissenschaft aktuell


 

Home | Über uns | Kontakt | AGB | Impressum | Datenschutzerklärung
© Wissenschaft aktuell & Scientec Internet Applications + Media GmbH, Hamburg