Für die Energiegewinnung aus Windkraft und Sonne braucht es leistungsfähige Zwischenspeicher. In Harvard haben Forscher nun eine vielversprechende Lösung gefunden.
Cambridge, USA - Je größer der Anteil an Strom aus Wind und Sonne wird, desto wichtiger werden effiziente Speicher, mit denen die starken Schwankungen bei der wetterabhängigen Stromerzeugung ausgeglichen werden können.
Hohe Wirkungsgrade von über 80 Prozent und schnelle Reaktionszeiten bieten vor allem sogenannte Fluss- oder Redox-Flow-Batterien. Die ersten Anlagen, die mit metallischen Salzen und Vanadium arbeiten, haben aber den Nachteil, dass sie sehr teuer sind. Amerikanische Forscher haben nun eine Variante entwickelt, die ihren Angaben zufolge nur etwa ein Drittel kosten würde. Einen Prototyp stellten sie nun in der Fachzeitschrift „Nature“ vor.
Organische Verbindungen aus nachwachsenden Rohstoffen
„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.
Michael Aziz und seine Kollegen wählten mit Chinonen organische Verbindungen, die sich sowohl aus Erdöl als auch Pflanzen günstig gewinnen lassen. Der Prototyp des Systems besteht aus zwei kleinen Tanks, die mit einer Lösung aus elektroaktiven Substanzen gefüllt sind. Diese Flüssigkeiten werden in eine elektrochemische Zelle gepumpt, die in der Mitte von einer Membran in zwei Zellen geteilt wird. In eine Halbzelle fließt chinonhaltige Flüssigkeit, in die andere eine Bromidlösung. Positiv geladene Ionen wandern durch die Membran, während sich zeitgleich negativ geladene Elektronen durch den angeschlossenen Stromkreis bewegten.
Kein nennenswerter Leistungsverlust bisher
In weiteren Versuchen luden und entluden die Forscher ihre organische Batterie und erreichten dabei relativ hohe Leistungsdichten von 600 Milliwatt pro Quadratzentimeter. Auch nach 100 Ladezyklen konnten sie offenbar 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. Aziz ist optimistisch, dass er dieses Ziel auch bald erreicht.
Wie viel Energie gespeichert werden kann, hängt von der Größe der externen Tanks ab. Aziz zufolge könnte eine Anlage von der Größe einer Ölheizung in einem Einfamilienhaus die Ausbeute eines Tages aus Solarzellen zwischenspeichern.
Der neue Batterietyp ist deutlich günstiger
Der Prototyp der Harvard-Forscher punktet gegenüber den metallhaltigen Flussbatterien vor allem bei den Kosten. Die dabei verwendeten Chemikalien schlagen mit 27 Dollar pro Kilowattstunde gespeicherten Stroms zu Buche. Die Materialkosten in einer Vanadium-Flussbatterie summierten sich dagegen auf mehr als 80 Dollar. Die Forscher wollen die elektrochemischen Eigenschaften der organischen Redox-Flow-Batterie nun noch weiter verbessern. Unter anderem suchen sie nach einer ungiftigen Alternative zu der Bromidlösung.
Bis organische Flussbatterien als Zwischenspeicher in großem Maßstab infrage kommen, müssen also noch einige Probleme gelöst werden. Dennoch sehen die Forscher hier – als Ergänzung zu anderen Speichertechniken wie etwa Druckluft, Wasserstoff oder Lithium-Ionen-Akkus – ein großes Potenzial. Wahrscheinlich werden in den kommenden Jahren alle verfügbaren Speichertechniken einen Markt finden.