Anzeige

Flussbatterien mit längerer Lebensdauer

31. Mai 2019

Saubere Energieformen
Saubere Energieformen sind ohne Energiespeicher nicht möglich. Bessere Flussbatterien könnten diese Aufgabe übernehmen.
Foto: panthermedia.net/LeoWolfert
US-Wissenschaftler haben die Lebensdauer von Redox-Flow-Batterien deutlich erhöht, indem sie herausfanden, welche Schritte zur Zersetzung aktiver Chemikalien führen. Gleichzeitig steigerten sie die Leistung durch bessere Moleküle.
Anzeige
Anzeige


Flussbatterien gelten als kostengünstigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien, um große Energiemengen zu speichern. Sie könnten der Solar- oder Windenergie zum Durchbruch verhelfen. Problematisch war bisher die Langzeitbeständigkeit der verwendeten organischen Verbindungen. Zum Einsatz kommen Dihydroxyanthrachinone (DHAQ). Diese Moleküle lassen sich bei Ladezyklen oxidieren beziehungsweise reduzieren. Allerdings zersetzen sich DHAQ im Laufe der Zeit und verringerten den Nutzen der Batterie: ein Problem, das kommerziellen Anwendungen im Wege steht.

Forscher an der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences in Cambridge haben nicht nur herausgefunden, wie sich die Moleküle zersetzen. Ihnen gelang es, die Zersetzung zu verlangsamen und sogar umzukehren, ohne auf preisgünstige Chemikalien zu verzichten. Sie entwickelten aber auch bessere Chinone.

Anzeige
Anzeige

Chinone zersetzen sich unabhängig von der Zahl an Ladezyklen

Zuerst glaubten die Forscher, dass die Lebensdauer ihrer eingesetzten Moleküle davon abhängt, wie oft die Batterie geladen und entladen wurde – wie bei den bekannten Lithium-Ionen-Akkus. Allerdings fanden sie heraus, dass sich Anthrachinone im Laufe der Zeit langsam zersetzen – unabhängig davon, wie oft eine Batterie im Labor tatsächlich eingesetzt wurde. Entgegen ihren ersten Vermutungen war die Zahl an Ladezyklen irrelevant.

„Wir haben festgestellt, dass Anthrachinonmoleküle, bei denen zwei Sauerstoffatome in einen Kohlenstoffring eingebaut sind, dazu neigen, eines ihrer Sauerstoffatome zu verlieren“, erklärt Roy Gordon. Der Professor für Chemie und Materialwissenschaften ergänzt: „Sobald dies geschieht, beginnt eine Kettenreaktion von Ereignissen, die zu einem irreversiblen Verlust von Material führt.“

Redox-Flow-Akkus auf dem Weg zur kommerziellen Nutzung

Aus den Experimenten entwickelten sie zwei Möglichkeiten, um unerwünschte Kettenreaktion zu vermeiden.

Anzeige
Anzeige
  • Setzten Wissenschaftler Anthrachinonmoleküle zum richtigen Zeitpunkt im Lade- beziehungsweise Entladevorgang dem Luftsauerstoff aus, regenerierten sich diese. In einem einzigen Zyklus ließen sich 70 % der verlorenen Kapazität der Batterie wieder zurückgewinnen.
  • Außerdem stellten Gordon und Kollegen fest, dass ein Überladen der Batterie Zersetzungsvorgänge der Anthrachinone beschleunigt. Unter optimalen Bedingungen bei der Ladung verlängerte sich die Lebensdauer um den Faktor 40.

Jetzt wollen die Wissenschaftler herausfinden, inwieweit man beide Ansätze kombinieren kann, um optimale Batterien herzustellen. „Diese Arbeit stellt einen bedeutenden Fortschritt in Richtung kostengünstiger, langlebiger Durchflussbatterien dar“, sagt Imre Gyuk, Direktor des Office of Electricity Storage des US-Energieministeriums. „Solche Geräte werden benötigt, damit das Stromnetz immer mehr grüne, aber variabel erneuerbare Energie aufnehmen kann.“ DHAQ gehört zu den günstigsten Industriechemikalien und kann in großem Maßstab hergestellt werden.

Das „Methusalem-Molekül“ 2,6-DBEAQ altert kaum

Die Forscher sehen aber noch eine weitere Möglichkeit, um bessere Redox-Flow-Batterien zu konstruieren. DHAQ ist zwar preisgünstig, aber keineswegs das ideale Molekül. Ein Blick in die Natur zeigt, dass bei der Photosynthese und bei der Zellatmung Elektronentransfers ebenfalls über Chinone erfolgen. Nur sind diese Moleküle deutlich stabiler als DHAQ. Aufgrund von Computersimulationen stellten sie im Labor ein anderes Chinon-Derivat mit der Abkürzung 2,6-DBEAQ her und testeten es unter realen Bedingungen.

Anzeige
Anzeige

In Experimenten lag der Verlust von 2,6-DBEAQ bei unter 0,01 % pro Tag beziehungsweise unter 0,001 % pro Lade- / Entladezyklus. Das entspricht weniger als 3 % pro Jahr bei normaler Nutzung. Die Entwickler schreiben, mit ihrem nahezu unsterblichen „Methusalem-Molekül“ wären Zehntausende Zyklen möglich. Das Chinon erwies sich auch als gut wasserlöslich: ein Aspekt, um mehr Energie pro Raumeinheit zu speichern. Es arbeitet in einem schwach alkalischen, wenig aggressiven Elektrolyten. Preisgünstige Materialien für Membranen verringern die Kosten pro Batterie ebenfalls. Da es noch keine Massenproduktion gibt, bleibt es derzeit bei Schätzungen. Pro gespeicherter Kilowattstunde geben die Entwickler 39 bis 61 US-Dollar (etwa 35 bis 55 Euro) an. Vergleichbare Systeme auf der Basis von Vanadium liegen bei 160 US-Dollar (etwa 144 Euro) pro Kilowattstunde.

Weitere Themen:

  • Selbstreparierende Batterien – wichtiger Entwicklungsschritt gelungen
  • Europa vernachlässigt alternative Akku-Technologie
  • Superbatterie: Schafft Deutschland den Durchbruch für das E-Auto


Ein Beitrag von:

Anzeige
Anzeige

Top Stellenanzeigen

CAD-Konstrukteur (m/w/d)
Boyd Weiler GmbH & Co. KG

13.09.2026
Weiler-Simmerberg
Senior Ingenieur Systemintegration und KI-basierte Performancebewertung (w/m/d)
TransnetBW GmbH

13.09.2026
Stuttgart
Ingenieur Systemführung Operative Betriebsplanung (w/m/d)
TransnetBW GmbH

13.09.2026
Stuttgart
Bauprojektleiter (m/w/d)
Allbau Managementgesellschaft mbH

13.09.2026
Essen
Ingenieur* im Anforderungsmanagement
DFS Deutsche Flugsicherung GmbH

13.09.2026
Langen
Bauingenieur / Bautechniker Kommunaler Tiefbau (m/w/d)
WipflerPLAN Planungsgesellschaft

13.09.2026
Donauwörth, Nördlingen, Pfaffenhofen an der Ilm, Lauf an der Pegnitz
Information Security Manager (all genders)
VINCORION Advanced Systems GmbH

13.09.2026
Wedel
Professur „Wirtschaftsinformatik und Datenbanken mit dem Schwerpunkt IT-Venture-Design, Digital Enterprise und innovativer Lehre in Makerspace-Settings (W2)“
Hochschule Düsseldorf University of Applied Sciences

13.09.2026
Düsseldorf
Senior-Ingenieur Auftragsengineering (m/w/d)
Mehrer Compression GmbH

13.09.2026
Balingen
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Hamm
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Hamm, Münster
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Dillenburg
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Dillenburg
BIM-Manager (w/m/d) Niederlassung Westfalen
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Hamm, Münster, Gelsenkirchen
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Netphen
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Netphen
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Bochum
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Bochum
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Osnabrück
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Osnabrück
BIM-Manager (w/m/d) Außenstelle Hagen
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Hagen
Bauleiter (m/w/d) im Bereich schlüsselfertigen Wohnungsbau
SCHEIDL

13.09.2026
Moosburg/Landshut
Projektingenieur Fachplanung Versorgungstechnik (m/w/d)
INGENIEURBÜRO ZAMMIT GmbH

13.09.2026
Achim, Celle, Salzgitter, Wolfsburg
Meister (m/w/d) für die mechanische Fertigung
Montanhydraulik GmbH

13.09.2026
Gelsenkirchen
Bauingenieur (w/m/d)
Die Autobahn GmbH des Bundes

13.09.2026
Bayreuth

Weitere Artikel



Anzeige
Anzeige