Flüssiger Stromspeicher: Erste Redox-Flow-Batterie aus organischen Materialien

Flüssiger Stromspeicher: Erste Redox-Flow-Batterie aus organischen Materialien

von Wolfgang Kempkens

Derzeit basteln Forscher an einer betankbaren Redox-Flow-Batterie mit organischer Flüssigkeit.

Redox-Flow-Batterien gelten als mögliche neue Speichertechnologie für E-Autos. Dadurch, dass es sich um Nasszellen handelt, ließen sich die Flüssigkeiten austauschen, sozusagen ein Tankvorgang für Batterien. Zudem sind sie ziemlich robust.

Umso besser, wenn die Flüssigkeiten aus organischen Materialien bestehen. Einen solchen Elektrolyt (so heißt die leitende Flüssigkeit zwischen den Elektroden) haben nun Forscher an der Harvard-Ingenieurschule in Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts entwickelt. Die leitenden Teilchen sind dabei in schlichtem Wasser gelöst.

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„Ich wäre glücklich, eine solche Batterie in meinem Keller stehen zu haben“, sagt Michael J. Aziz, Professor für Werkstoff- und Elektroingenieurswesen, der die Forschergruppe leitet. Anders als andere Batterien ist dieser neue Typ nämlich weder brennbar noch giftig. Die benötigten Werkstoffe sind billig und in beliebigen Mengen verfügbar.

Herkömmliche Redox-Flow-Batterien, wie sie beispielsweise das US-Unternehmen Imergy Power Systems herstellt, arbeiten dagegen mit Salzen, die auf teilweise teuren Metallen wie Vanadium basieren. Die Forscher haben den neuen Batterietyp vor allem für die Speicherung von Wind- und Solarstrom entwickelt, der meist zu Zeiten produziert wird, wenn er nicht gebraucht wird.

Redox-Flow-Batterien bestehen aus der Reaktionskammer und zwei Tanks mit unterschiedlichen Flüssigkeiten. Beim Aufladen wandern die Elektronen von der einen zur anderen Flüssigkeit. Beim Entladen nehmen sie den umgekehrten Weg. Die Speicherkapazität dieser Batterien hängt allein von der Größe der externen Tanks ab.

Das sieht dann so aus:

„Wir kombinierten einen organischen Farbstoff mit einem billigen Additiv, das normalerweise Nahrungsmitteln zugesetzt wird“, sagt Roy Gordon, Professor für Chemie an der Harvard-Ingenieurschule. Chinone nennt sich diese Molekülgruppe, die gern Sauerstoff abgibt, also andere Materialien oxidiert. Sie bilden die negative Elektrode. Das war bereits 2014 eine vielbeachtete Innovation.

Lebensmittelzusätze liefern Energie

Die positive Elektrode enthielt anfangs noch Bromsalze. Sie war identisch mit der Flüssigkeit, die in konventionellen Redox-Flow-Batterien verwendet werden. Weil Brom gesundheitsschädlich ist, suchten die Forscher nach einer Alternative. Zunächst sollten auch hier Chinone weiterhelfen, doch nun hat sich eine bessere Alternative gefunden: Ferrocyanide.

„Das klingt schlimm, weil das Worts Cyanide vorkommt“, sagt Michael Marshak, der zur Forschergruppe gehört. In der Regel ist diese Stoffgruppe giftig, doch nicht in diesem Fall. Cyanide, die Salze der gefürchteten Blausäure, greifen das Eisen im Blut an. Wenn sie aber bereits an Eisen gebunden sind sie harmlos.

Ferrocyanide sind sogar als Lebensmitteladditive zugelassen. In der Harvard-Redox-Flow-Batterie sind sie in einer Lauge gelöst. Es sei zwar nicht angenehm, damit in Berührung zu kommen, sagt Marshak. Aber gesundheitsschädlich sei das nicht. Harvard hat einem europäischen Unternehmen – mehr verraten die Forscher nicht –  die Lizenz zur Herstellung der neuartigen Batterie bereits verkauft.

Aziz' Idee mit der Batterie im Keller ist übrigens gar nicht so abwegig - über einen Redox-Flow-Heimspeicher haben wir bereits im Juni berichtet.

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