Redox-Flow-Batterie 26.10.2015, 12:26 Uhr

Starke Batterie aus Kunststoff und Kochsalz

Leistungsstarke und kostengünstige Stromspeicher sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Auf dem Weg dorthin ist Forschern aus Jena ein wichtiger Schritt gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie entwickelt, die mit Kunststoff und Kochsalz auskommt.

Windkraftanlage von Dong Energy: Um das schwankende Aufkommen von Wind- und Solarenergie aufzufangen, sind mehr Energiespeicher notwendig. Jetzt haben Jenaer Forscher eine Redox-Flow-Batterie entwickelt, die auch mit kostengünstigen Materialien zu guten Ergebnissen kommt.

Windkraftanlage von Dong Energy: Um das schwankende Aufkommen von Wind- und Solarenergie aufzufangen, sind mehr Energiespeicher notwendig. Jetzt haben Jenaer Forscher eine Redox-Flow-Batterie entwickelt, die auch mit kostengünstigen Materialien zu guten Ergebnissen kommt.

Foto: Dong Energy

Strom lässt sich bald komplett aus Erneuerbaren Energien erzeugen, technisch kein Problem. Zwei große Hürden aber gibt es: Der Mangel an Verteilnetzen und die viel zu geringe Kapazität an Stromspeichern, um die natürlichen Schwankungen von Wind und Sonne auszugleichen. Für den Sprung über die erste braucht es vor allem Geld, für den zweiten Erfindergeist. Denn die großen Batterien, die man bisher dafür nutzt, sind extrem teuer und umweltschädlich.

Redox-Flow-Batterien heißen diese Geräte, die die Energie nicht in Feststoffen wie Metallen, sondern in Elektrolytlösungen speichern. Sie sind gelagert in zwei Tanks, die den Minus- und den Plus-Pol bilden und die durch eine spezielle Membran getrennt sind. Bislang bestehen die Elektrolytlösungen in der Regel aus in Schwefelsäure gelösten Vanadium-Ionen. Weil Schwefelsäure bekanntermaßen sehr aggressiv ist, halten die Batterien auch nicht sehr lange. Und Vanadium ist ein zwar auf der Erde sehr häufiges Element, das aber in einem teuren Prozess zu reinem Metall reduziert werden muss.

Leistung fast so hoch wie bei herkömmlicher Technik

Chemiker der Universität Jena haben nun eine Redox-Flow-Batterie entwickelt, in der weder Vanadium noch Schwefelsäure nötig ist. „Das Neuartige an unserem Batteriesystem ist, dass es deutlich günstiger hergestellt werden kann, aber dennoch fast die Kapazität und Leistung herkömmlicher, metall- und säurehaltiger Systeme erreicht“, sagt Dr. Martin Hager. Ihre Batterietechnik präsentieren die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Nature.

Das Jenaer Forscherteam mit der neuen Batterie (v. l.): Prof. Ulrich S. Schubert, Tobias Janoschka und Dr. Martin Hager. 

Das Jenaer Forscherteam mit der neuen Batterie (v. l.): Prof. Ulrich S. Schubert, Tobias Janoschka und Dr. Martin Hager. 

Foto: Anne Günther/FSU

Das flüssige Speichermedium besteht in der neuen Erfindung aus Polymeren, die in einer einfachen Kochsalzlösung schwimmen. Diese neuartigen Kunststoffe ähnelten in ihrem Aufbau Plexiglas und Styropor, erklären die Wissenschaftler. Gegenüber diesen herkömmlichen Materialien hätten sie aber eben den Vorteil, dass sie Elektronen aufnehmen und abgeben können.

Und weil die Kochsalzlösung wässrig und kaum aggressiv ist, können die Forscher eine einfache und billige Cellulose-Schicht als Membran zwischen den Elektrolyt-Tanks verwenden. „Diese auf Polymeren basierende Redox-Flow-Batterie eignet sich daher ideal als Energiespeicher für große Windkraft- und Solaranlagen“, meint Prof. Ulrich S. Schubert, Lehrstuhlinhaber für Organische und Makromolekulare Chemie an der Universität Jena.

Lange haltbar und häufig wieder aufladbar

Bis zu 10.000 Mal konnten die Jenaer nach eigenen Angaben ihre neuartige Batterien neu laden, und das ohne nennenswerten Verlust an Ladekapazität. Nun arbeiten sie vor allem daran, die Energiedichte zu erhöhen und damit noch stärkere und effizientere Systeme zu entwickeln. In ihrem eigenen Start-up JenaBatteries GmbH wollen sie dann marktreife Produkte anbieten – wann es so weit sein wird, ist allerdings offen.

Der Elektrosportwagen Quantino, der im März auf dem Genfer Autosalon vorgestellt wurde, hat ebenfalls eine Redox-Flow-Batterie mit Salzlösung an Bord.

Der Elektrosportwagen Quantino, der im März auf dem Genfer Autosalon vorgestellt wurde, hat ebenfalls eine Redox-Flow-Batterie mit Salzlösung an Bord.

Foto: Nanoflowcell

Mit einer ähnlichen Technik scheint das Liechtensteiner Unternehmen Nanoflowcell zu arbeiten. In dem Elektroauto Quantino, das Nanoflowcell im März auf dem Genfer Autosalon vorgestellt hat, ist eine Redox-Flow-Batterie enthalten, die ebenfalls mit einer Salzlösung arbeiten und dem Auto eine Reichweite von 1000 km ermöglichen soll.

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