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Redox-Flow-Batterien speichern Energie im Gegensatz zu Blei- oder Lithium-Ionen-Akkus in flüssigen Elektrolyten, die in zwei getrennten Tanks in voneinander unabhängigen Kreisläufen zirkulieren. Der Austausch von Ionen erfolgt über eine zwischengeschaltete Membran. Diese Technologie erlaubt die Erhöhung der Kapazität durch einfaches Anpassung der Tankgröße, eine lange Lebensdauer und einen hohen Wirkungsgrad. Für den größten Nachteil des Systems haben sich Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) jetzt eine Lösung einfallen lassen.
„Eieruhr“-Konstruktion nutzt die Schwerkraft statt teurer Pumpen
Der Grund, warum Redox-Flow-Batterien bisher hauptsächlich stationär eingesetzt werden, ist ihre aufwendige und damit teure Herstellung. Das Konstruktion aus Pumpen, Rohrleitungen und Tanks für die Umwälzung der Elektrolyte ist kompliziert und zudem anfällig für Lecks und Ausfälle. Die Wissenschaftler am MIT um den Werkstoffspezialisten Yet-Ming Chiang haben deshalb eine Version einer Redox-Flow-Batterie entwickelt, die sich die Schwerkraft zunutze macht. Die beiden Tanks werden dazu einer Eieruhr gleich so angeordnet, dass die Flüssigkeiten nicht durch Pumpen bewegt werden müssen, sondern von selbst nebeneinander durch eine schmale Öffnung nach unten fließen, durch eine Membran voneinander getrennt. Die Geschwindigkeit und damit die Energieproduktion kann einfach durch das Verstellen des Winkels verändert werden. Über ein Gelenk kann die Konstruktion einfach umgedreht werden, so dass der Prozess wieder von vorn beginnt.
Das Konzept dient zunächst nur der Demonstration
Ihre Methode erklären die Forscher im Magazin Energy and Environmental Science. Sie wird von Wissenschaftler Chiang als einem Konzeptfahrzeug ähnlich beschrieben. Ein Produkt, das wahrscheinlich nicht genau so hergestellt werden wird, das aber neue Ideen demonstriert, die letztendlich zu einem neuen Produkt führen können. Im vorgestellten Konzept ist nur eine der beiden Seiten der Batterie flüssig, während sich auf der anderen Seite eine feste Lithium-Platte befindet. Das Team hat sich für die ersten Tests zunächst für diese einfachere Lösung entschieden. Das Ziel ist jedoch die Entwicklung einer Version, in der beide Teile in flüssiger Form vorliegen.
Flüssigbatterien haben genau wie Feststoffbatterien spezifische Vorteile, die vom jeweiligen Anwendungsbereich abhängen. Das Konzept zeige, dass man sich nicht von diesen beiden Extremen beschränken lassen müsse. Es sei ein Beispiel für ein Hybridsystem, das sich irgendwo in der Mitte befände, erklärt Chiang. Der schwierigste Teil des Entwicklungsprozesses war die Steuerung der Fließgeschwindigkeit. Die dicke Flüssigkeit hat ähnliche Eigenschaften wie Ketchup in der Flasche – er lässt sich anfangs nur schwer bewegen und fließt dann plötzlich viel zu schnell. Die Mechanik der Batterie und die Flüssigkeit so aufeinander abzustimmen, dass der Fluss wie gewünscht ausfällt, war ein langer Prozess.
Die Methode soll preisgünstige und kompakte Speicher ermöglichen
Der Aufbau der „Sanduhr“-Batterie ist so einfach, dass die Komponenten sogar mit dem 3D-Drucker hergestellt werden könnten. Die neue Konstruktion soll einfachere und kompaktere Batteriesysteme ermöglichen, die modular aufgebaut und günstig seien und so die steigende Nachfrage nach netzgekoppelten Speichersystemen bedienen können, hoffen die Forscher. Diese Speicher sind für eine bessere Nutzung von Wind und Solarenergie von entscheidender Bedeutung.
Quellen / Weiterlesen:
New concept turns battery technology upside-down – MIT News
Neuer Redox Flow Speicher: Sanduhr-Design macht Akkus günstiger – Wirtschafts Woche
A low-dissipation, pumpless, gravity-induced flow battery – Energy & Environmental Science, Issue 5, 2016
Bildquelle: © MIT News, courtesy of the researchers