Forscher am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine neuartige, wiederaufladbare Flow-Batterie entwickelt, die grossskaliges Energiespeichern günstiger machen soll. Denn das Design kommt ohne die bei diesen elektrochemischen Akkus normalerweise nötige Membran aus, nutzt günstige Materialien und bietet eine vergleichsweise hohe Energiedichte. Von der Entwicklung profitieren sollen insbesondere Öko-Energiequellen wie Wind und Sonne.
"Energiespeicherung ist die Schlüsseltechnologie für erneuerbare Energien", betont Cullen Buie, Assistenzprofessor für Maschinenbau am MIT. Denn erst mit günstigen Speichermethoden wird deren Nutzung in grossem Massstab wirklich praktikabel. "Es ist egal, wie günstig und effizient man Wind- oder Solarenergie machen kann, weil unser Netz die Fluktuation dieser erneuerbaren Technologien nicht verkraftet", erklärt der Fachmann.
Keine Membran, keine Schwachstelle
Flow-Batterien können Strom speichern und bereitstellen, da zwei getrennte Elektrolyt-Flüssigkeiten Ladungsträger austauschen. Normalerweise befindet sich zwischen den Flüssigkeiten eine Membran, doch das ist bisweilen problematisch. Das MIT-Team arbeitet mit einer Brom-Lösung - denn Brom ist ein relativ günstiges und leicht erhältliches Element - und Wasserstoff. Dabei entsteht Bromwasserstoffsäure, welche eine Membran angreifen und dadurch Funktion und Lebensdauer des Akkus reduzieren würde.
Die Kosten können gedrückt werden, was attraktiv für Stromversorger wäre. /
Das neue Design eliminiert also diese potenzielle Schwachstelle.
Dazu nutzen die Forscher das Prinzip der laminaren Strömung, bei der sich verschiedene Flüssigkeitsschichten nicht verwirbeln und vermischen. Im handtellergrossen Prototypen werden die beiden Elektrolyt-Flüssigkeiten so durch einen Kanal gepumpt, dass sie wirklich parallel strömen und somit auch ohne Membran effektiv getrennt bleiben. Ein elektrochemischer Ladungsaustausch zwischen den Flüssigkeiten, dank dem der Akku ge- oder entladen wird, findet aber sehr wohl statt. Der Prototyp hat so in Tests Leistungsdichten von bis zu 0,795 Watt pro Quadratzentimeter erreicht. Die Energiedichte sei laut MIT eine Grössenordnung höher als beispielsweise bei gängigen Lithium-Ionen-Akkus.
Günstig für den Ökostrom
Hintergedanke der MIT-Entwicklung ist, Flow-Batterien günstiger und langlebiger zu machen, da sie als heisser Kandidat für grossskalige Ökostrom-Zwischenspeicher der Zukunft gelten. Diese sind nötig, da alternative Energiequellen Energie nicht durchgehend und auch nur bedingt zu vorhersehbaren Zeiten liefern. Die Sonne etwa scheint nur tagsüber und kann durch Wolken verdeckt werden, während Wind überhaupt eher unberechenbar ist.
Prinzipiell verfolgen die Idee membranloser Flow-Batterien auch andere Teams wie beispielsweise jenes, das im April eine Ausführung vorgestellt hat, die sogar mit nur einem Flüssigkeitskreislauf auskommt. Freilich gibt sich das MIT-Team zuversichtlich, dass sein Ansatz andere membranlose Ansätze in Sachen Performance ausstechen kann. Zudem geht das Team davon aus, dass die Kosten mit ihrem Ansatz auf 100 Dollar pro Kilowattstunde Kapazität gedrückt werden können - was nach Schätzung des US-Energieministeriums attraktiv für Stromversorger wäre.
