Mit der Redox-Flow-Batterie Strom speichern
Ohne Lithium-Ionen-Akkus geht gefühlt nichts mehr: Laptops, Smartphones und auch E-Autos sind mit diesem Energiespeicher ausgestattet. Vor allem im Bereich Erneuerbare Energien sollen Lithium-Ionen-Batterien die Lösung sein. Doch die Akkus bringen auch einige Nachteile mit sich.
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Für die Produktion wird das umstrittene Metall Kobalt benötigt. Unter widrigen Bedingungen bauen Arbeiter Kobalt in Ländern wie der Demokratischen Republik Kongo ab. Diese Gebiete sind ohnehin schon sehr trocken; die Gewinnung von Lithium führt zu weiterer Wasserknappheit. Daher forschen Unternehmen an alternativen Energiespeichern. Schaeffler und Cmblu ist hier ein großer Entwicklungsschritt gelungen.
Pflanzlicher Stoff führt zu neuartigen Stromspeicher
Der Autozulieferer Schaeffler und das Start-up Cmblu haben mithilfe eines pflanzlichen Stoffs einen Stromspeicher entwickelt. Das Bemerkenswerte daran: Es wird eine altbewährte Technik verwendet. Mit der sogenannten Organic-Flow-Batterie lässt sich Energie mit natürlichen Stoffen speichern. Genauer gesagt setzt das bayerische Start-up aus Alzenau auf das Molekül Lignin. Dieser Stoff ist Bestandteil jeder Pflanzenstruktur. Ob Baum, Grashalm oder Blume: Lignin kommt in der Natur überall vor.
„In der Papier- und Zellstoffindustrie fallen große Mengen Lignin als Abfallprodukt an, die größtenteils verbrannt werden. Wir wollen das Material lieber sinnvoll einsetzen“, sagt Geigle.
Darüber hinaus sollen für die Organic-Flow-Batterie auch andere Kohlenstoffquellen genutzt werden. Das Ziel des Start-ups ist klar und ambitioniert: „Wir werden günstiger sein als eine Lithium-Ionen-Batterie und dabei noch wirtschaftlich“, so das Versprechen von Geigle.
Keine seltenen Erden für Organic-Flow-Batterien
Bei den organischen Speichern wird elektrische Energie in chemischen Verbindungen gesichert. Die Reaktionspartner in organischen Molekülen aus Lignin sind in wässriger Form vorhanden, so dass sie durch den Energiewandler gepumpt werden. Um die Batterie massentauglich zu machen, wurden die zentralen Komponenten im Energiewandler lokal abgedeckt. So verhindert man eine Importabhängigkeit von einzelnen Ländern. Des Weiteren ist es nicht nötig, Schwermetalle oder seltenen Erden zu verbrauchen. Ein Einsatzszenario ist die Elektromobilität. Die Batterien auf organischer Basis tragen als Pufferspeicher zur Entlastung von Stromnetzen bei.
Dass Elektroautos mit einer Redox-Flow-Batterie tatsächlich fahren können, haben wir bereits hier berichtet.
Redox-Flow-Batterie als Vorbild
Organische Speicher sind in dem Sinne nichts Neues. Die Entwickler aus Alzenau bedienen sich des Verfahrens der Redox-Flow-Batterie. Bei den auch Flussbatterien genannten Energiespeichern kommen flüssige Elektrolyte zum Einsatz. In zwei Tanks befinden sich zwei unterschiedliche Elektrolyte. In eine dünne Membran umwickelt sitzt dazwischen ein Energieumwandler. Beim Laden geben die Ionen in der einen Flüssigkeit Elektronen ab, die durch die Membran in die andere übergehen. So erfolgt eine chemische Speicherung. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Speichern sind Redox-Flow-Batterien weniger dynamisch. Lithium-Ionen-Akkus können in wenigen Sekunden viel Energie liefern. Doch eine Flussbatterie ist zum Beispiel nicht brennbar. Flussbatterien eignen sich besonders für die Speicherung von Energie über mehrere Stunden hinweg. Redox-Flow-Batterien füllen damit die Lücke zwischen Lithium-Ionen-Akkus für den kurzfristigen Gebrauch und Power-To-X-Projekten, also der Speicherung von überschüssigem Strom in Form von grünem Wasserstoff, aus. Flussbatterien können nämlich volle Lastzyklen fahren.
Die Nachfrage nach Redox-Flow-Batterien nimmt zu, denn die Speichertechnologie bildet in Ländern wie Japan, Korea und den USA einen großen Markt. Dort bestehen die Batterien aber auf der Basis des Metalls Vanadium. 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. Lesen Sie hier mehr dazu.
Redox-Flow-Batterien auf organischer Basis müssen sich auf Dauer noch beweisen.
Laut eigenen Angaben ist die Idee für Redox-Flow-Batterien mit organischen Elektrolyten aus Lignin bereits 2011 entstanden und wird seit 2014 intensiv von Cmblu erforscht. Das Start-up aus Bayern finden Sie auf ingenieur.de in der Vorstellung.
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