Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts in Deutschland führen neben den klassischen auch ernsthafte Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der elektrischen Batterien durch. Mit der Redox-Flow-Technologie unterscheidet sich das Speichern von Elektrizität grundlegend ...

Die Batterien, die mit Flüssigkeit als Kraftstoff geladen sind, werden in ein Auto mit Benzin- oder Dieselmotor gegossen. Es mag utopisch klingen, aber für Jens Noack vom Fraunhofer-Institut in Pfinztal ist dies eigentlich Alltag. Seit 2007 entwickelt das Entwicklungsteam, an dem er beteiligt ist, diese exotische Form des Akkus in vollem Gange. Tatsächlich ist die Idee einer Durchfluss- oder sogenannten Durchfluss-Redoxbatterie nicht schwierig, und das erste Patent auf diesem Gebiet stammt aus dem Jahr 1949. Jeder der beiden Zellräume, die durch eine Membran (ähnlich wie Brennstoffzellen) getrennt sind, sind mit einem Reservoir verbunden, das einen bestimmten Elektrolyten enthält. Aufgrund der Tendenz von Substanzen, chemisch miteinander zu reagieren, bewegen sich Protonen durch die Membran von einem Elektrolyten zum anderen, und Elektronen werden durch einen Stromverbraucher geleitet, der mit den beiden Teilen verbunden ist, wodurch ein elektrischer Strom fließt. Nach einer gewissen Zeit werden zwei Tanks entleert und mit frischem Elektrolyt gefüllt, und der gebrauchte wird an den Ladestationen „recycelt“.

Obwohl dies alles großartig aussieht, gibt es leider immer noch viele Hindernisse für die praktische Verwendung dieses Batterietyps in Autos. Die Energiedichte einer Redoxbatterie mit Vanadiumelektrolyt liegt im Bereich von nur 30 Wh pro Kilogramm, was ungefähr dem Wert einer Blei-Säure-Batterie entspricht. Um die gleiche Energiemenge wie eine moderne Lithium-Ionen-Batterie mit einer Kapazität von 16 kWh zu sparen, benötigt die Batterie bei der derzeitigen Redox-Technologie 500 Liter Elektrolyt. Außerdem die gesamte Peripherie, deren Volumen natürlich auch ziemlich groß ist - ein Käfig, der für eine Leistung von einem Kilowatt erforderlich ist, wie eine Bierkiste.

Solche Parameter sind für Autos nicht geeignet, da die Lithium-Ionen-Batterie viermal mehr Energie pro Kilogramm speichert. Jens Noack ist jedoch optimistisch, da die Entwicklungen in diesem Bereich gerade erst beginnen und die Aussichten vielversprechend sind. Im Labor erreichen die sogenannten Vanadiumpolysulfid-Bromid-Batterien eine Energiedichte von 70 Wh pro Kilogramm und sind in ihrer Größe mit den derzeit verwendeten Nickel-Metallhydrid-Batterien vergleichbar. Toyota Prius

Dies reduziert das erforderliche Tankvolumen um die Hälfte. Dank eines relativ einfachen und kostengünstigen Ladesystems (zwei Pumpen pumpen neuen Elektrolyten, zwei saugen gebrauchten Elektrolyten ab) kann das System in zehn Minuten aufgeladen werden, um eine Reichweite von 100 km zu erreichen. Selbst Schnellladesysteme wie das des Tesla Roadster halten sechsmal länger.

In diesem Fall ist es nicht verwunderlich, dass sich viele Automobilunternehmen der Forschung des Instituts zugewandt haben und das Land Baden-Württemberg 1,5 Millionen Euro für die Entwicklung bereitgestellt hat. Es wird jedoch einige Zeit dauern, bis die Phase der Automobiltechnologie erreicht ist. „Dieser Batterietyp funktioniert perfekt mit stationären Stromversorgungssystemen und wir bauen bereits Versuchsstationen für die Bundeswehr. Im Bereich der Elektrofahrzeuge wird diese Technologie jedoch in etwa zehn Jahren für die Implementierung geeignet sein “, sagte Noack.

Für die Herstellung von Durchfluss-Redoxbatterien werden keine exotischen Materialien benötigt. Es sind keine teuren Katalysatoren wie Platin, die in Brennstoffzellen verwendet werden, oder Polymere wie Lithiumionenbatterien erforderlich. Die hohen Kosten für Laborsysteme, die 2000 Euro pro Kilowatt Leistung erreichen, sind allein darauf zurückzuführen, dass sie einzigartig und von Hand gefertigt sind.

In der Zwischenzeit planen die Spezialisten des Instituts den Bau einer eigenen Windkraftanlage, in der der Ladevorgang, dh die Nutzung des Elektrolyten, stattfinden wird. Mit dem Redoxfluss ist dieser Prozess effizienter als die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff und deren Verwendung in Brennstoffzellen - Sofortbatterien liefern 75 Prozent des zum Laden verwendeten Stroms.

Wir können uns Ladestationen vorstellen, die zusammen mit dem herkömmlichen Laden für Elektrofahrzeuge als Puffer gegen die Spitzenlast des Stromversorgungssystems dienen. So müssen heute beispielsweise viele Windkraftanlagen in Norddeutschland trotz Wind abgeschaltet werden, sonst würden sie das Netz überlasten.

In Bezug auf die Sicherheit besteht keine Gefahr. „Wenn Sie zwei Elektrolyte mischen, gibt es einen chemischen Kurzschluss, der Wärme abgibt und die Temperatur steigt auf 80 Grad, aber sonst passiert nichts. Natürlich sind einige Flüssigkeiten nicht sicher, aber auch Benzin und Diesel. Trotz des Potenzials von Durchfluss-Redox-Batterien arbeiten Forscher am Fraunhofer-Institut intensiv an der Entwicklung der Lithium-Ionen-Technologie ...

Text: Alexander Bloch

Redox Flow Batterie

Eine Redox-Flow-Batterie ist eigentlich eine Kreuzung zwischen einer herkömmlichen Batterie und einer Brennstoffzelle. Der Strom fließt aufgrund der Wechselwirkung zwischen zwei Elektrolyten - einer mit dem positiven Pol der Zelle und der andere mit dem negativen verbunden. In diesem Fall gibt einer positiv geladene Ionen ab (Oxidation) und der andere empfängt sie (Reduktion), daher der Name des Geräts. Wenn ein bestimmter Sättigungsgrad erreicht ist, stoppt die Reaktion und das Laden besteht darin, die Elektrolyte durch frische zu ersetzen. Die Arbeitnehmer werden in umgekehrter Reihenfolge wiederhergestellt.

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