Wirtschaftliche Redox-Fluss-Batterie 21.01.2014, 16:56 Uhr

Metallfreie Batterie bietet neuartige Speicherlösung für Ökostrom

Mit Hilfe einer neuartigen organischen Verbindung für Batterien könnte es in Zukunft möglich werden, Strom aus erneuerbaren Energien wie Solar- und Windstrom wirtschaftlicher und zuverlässiger zu speichern. Möglich wäre eine Senkung der Speicherkosten um zwei Drittel. Entwickelt hat den neuen Batterietyp ein Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren der Harvard University. 

Materialwissenschaftler Michael J. Aziz hat gemeinsam mit anderen Forschern und Ingenieuren der Harvard University eine metallfreie Redox-Fluss-Batterie entwickelt. 

Materialwissenschaftler Michael J. Aziz hat gemeinsam mit anderen Forschern und Ingenieuren der Harvard University eine metallfreie Redox-Fluss-Batterie entwickelt. 

Foto: Eliza Grinnell, SEAS Communications

Für Energieerzeuger besteht derzeit das größte Problem in dem großen Ungleichgewicht zwischen der zeitweisen Verfügbarkeit von Wind- und Sonnenenergie und der Nachfrage nach Strom zu anderen Zeiten. Diese Diskrepanz ist eine der größten Hürden bei der effizienten Nutzung erneuerbaren Energien für den Löwenanteil des Elektrizitätsbedarfs. Der Gedanke ist daher, Lösungen zu finden, bei denen der über Nacht erzeugte Strom etwa aus Windparks zwischengespeichert wird und dann am nächsten Tag wieder ins Netz gespeist wird, wenn die Nachfrage hochschnellt. Die Lösung könnte in neuartigen Redox-Fluss-Akkus liegen. 

Chinonen zeigen extrem schnelles Reduktionsverhalten

Dabei handelt es sich um eine Redox-Fluss-Batterie, die sich auf die Elektrochemie von in der Natur reichlich vorhandenen, preisgünstigen, kleinen organischen Molekülen, genannt Chinone, stützt und dabei völlig auf metallische Verbindungen verzichtet. Chinone haben ähnliche Eigenschaften wie Moleküle, die Energie in Pflanzen und Tieren speichern. Die Chinonen gleichen dabei dem organischen Molekül wie es im Rhabarber vorkommt.

Ein Prototyp der Redox-Fluss-Batterie im Labor der Harvard School of Engineering and Applied Sciences.  

Ein Prototyp der Redox-Fluss-Batterie im Labor der Harvard School of Engineering and Applied Sciences.  

Foto: Eliza Grinnell, SEAS Communications

Das Chinon AQDS aus dieser Gruppe spezieller organischer Verbindungen zeigt ein extrem schnelles Reduktionsverhalten und eignet sich daher besonders für eine elektrochemische Stromspeicherung. Die Batterie wurde von dem Harvard Materialwissenschaftler Michael Aziz entwickelt und gebaut. Der Gedanke ist dabei die elektrische Energie chemisch in großen Tanks zu speichern und sie bei Bedarf in nutzbaren Strom umzuwandeln.

Kosten metallhaltiger Akkus sind zu hoch

Die Redox-Batterie (Red steht für Reduktion gleich Elektronenaufnahme und OX für Oxidation, gleich Elektronenabgabe) ist ein Akkumulator. Sie speichert Energie in Elektrolyt-Lösungen. Letztere fließen aus Tanks durch eine Zelle, die in einem chemischen Prozess daraus wieder Strom erzeugt. Metallhaltige Redox-Fluss-Batterien werden schon seit geraumer Zeit eingesetzt. Ihre Verbreitung ist aber aufgrund der hohen Kosten eher gering. Pro Kilowattstunde liegen die Speicherkosten bei bis zu 700 Dollar.

Das US-Energieministerium (Department of Energy) hat Berechnungen angestellt nachdem die Kosten pro Kilowattstunde auf 100 Dollar fallen müssten, um diese Technik wirtschaftlich interessant zu machen. In bisherigen Anordnungen wird beispielsweise mit vergleichsweise teuren Vanadium-Verbindungen gearbeitet. Andere Akkus bestehen aus Edelmetall-Elektrokatalysatoren, wie Platin, das in Brennstoffzellen eingesetzt wird. Die Leistung der neuen Redox-Flussbatterie des Harvard-Teams mit Chinonen liegt bereits auf dem Niveau der Vanadium-Akkus.

Auch als Speicher für die private Stromversorgung geeignet

Um kommerzielle Windturbinen zu unterstützen, wären mehrere große Speichertanks notwendig, die möglicherweise in einem Kellergeschoss untergebracht werden könnten. Gemeinsam mit Sustainable Innovations entwickelten die Forscher aus Harvard einen Prototypen. Dieser ist groß genug, um Strom aus einer Solaranlage auf einem Bürohaus zwischenzuspeichern. Applikationen im Privatbereich werden ebenfalls für möglich gehalten. Dabei wird an einen Tank von der Größe eines herkömmlichen Öltanks im Keller von Privathäusern gedacht, der beispielsweise Strom aus der Solaranlage des jeweiligen Hauses zwischenspeichert.

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