Ein uralter Stromspeicher könnte alle Speicherprobleme der erneuerbaren Energien beenden. Gemeint ist ein vor 150 Jahren entwickelter Batterietyp. Die Redox-Flow-Batterie. Sie kann große Mengen Energie speichern. Außerdem hat sie eine sehr lange Lebensdauer. Und sie ist nicht brennbar und braucht keine knappen Rohstoffe. Mittlerweile sind in Deutschland auch erste Hausspeicher am Markt.
Ein Batterietyp, der vor fast 150 Jahren entwickelt wurde, könnte den marktbeherrschenden Lithium-Akkus Konkurrenz machen. Dabei handelt es sich um Redox-Flow-Batterien, auch Fluss-Batterien genannt. Die ersten Batterien dieses Tys waren Zink-Brom-Zellen. Sie wurden Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt.
Grundsätzlich funktioniert das System auf Basis von Redoxreaktionen. Das sind chemische Prozesse, bei denen ein Reaktionspartner Elektronen an einen anderen Reaktionspartner abgibt. Im Prinzip ist bei diesem Verfahren die Energie in zwei flüssigen Elektrolyten gespeichert. Strömen sie an einer Protonen-Austauscher-Membran vorbei, kann über einen äußeren Stromkreis elektrischer Strom abgenommen werden.
Das Prinzip ähnelt der Brennstoffzelle. Allerdings verbrauchen sich die Elektrolyte nicht. Leitet man beispielsweise regenerativ gewonnenen Strom in die Reaktionszelle ein, kann man die Elektrolyte wieder „aufladen“. Es handelt sich dabei also um einen nachhaltigen Kreislaufprozess. Wenn elektrische Energie in das System gegeben wird, kehrt sich die Reaktion um, sodass beide Elektrolyten im Ausgangszustand vorliegen.
Durch die sehr hohe Betriebslebensdauer mit theoretisch unbegrenzter Zyklen-Stabilität, einer nur sehr geringen Selbstentladung und vor allem einer besonders hohen Betriebssicherheit, sind Redox-Flow-Batterien geradezu prädestiniert für die zuverlässige stationäre Speicherung kleiner und großer Energiemengen, sagen beispielsweise Energieexperten, wie Jan Girschik vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT).
Im Gegensatz zu anderen Batterietechnologien, sind Redox-Flow-Batterien außerdem nicht entzündlich und können auch nicht explodieren.
Riesige Speichermöglichkeiten bei Solar und Wind
Die Technologie der Fluss-Batterien bietet gegenüber den vorherrschenden Lithium-Akkus etliche Vorteile. Sie sind nicht brennbar und halten extrem lange. Auch nach 20.000 Ladevorgängen können sie immer noch die volle Ladeleistung bereitstellen, sagen die Experten. Je nach Zellchemie kann der Wirkungsgrad der Reaktion bei über 80 Prozent liegen, sagen Batterieexperten außerdem.
Eine weitere Besonderheit ist, dass die Leistung und Kapazität der Batterie komplett skalierbar sind. Während Leistung und Speicherkapazität konventioneller Non-Flow-Batterien, wie Blei-Säure- oder Lithium-Ionen-Batterien, in einem festen Verhältnis zueinanderstehen, können diese bei Redox-Flow-Batterien unabhängig voneinander skaliert werden.
Redox-Flow-Batterien können Leistungen von mehreren Megawatt erreichen.
Dagegen haben Lithium-Akkus eine sehr hohe Energiedichte. Auf der anderen Seite sind Lithium-Akkus vergleichsweise teuer. Außerdem ist der benötigten Rohstoffe knapp und die Gewinnung steht aus Umweltgründen in der Kritik.
Befürworter der Red-Flox-Technologie sagen außerdem, dass die Speicherkapazität solcher Batterien ausschließlich durch die Menge an verfügbarem Elektrolyten definiert ist. Sie könnten also theoretisch sehr groß sein und große Mengen an kurzfristig anfallender Wind- und Sonnenenergie speichern.
Besonders große Mengen an Elektrolyten könnte man unterirdisch zum Beispiel in Salzstöcken lagern. Solche Lagerstätten werden derzeit zum Speichern von Erdgas oder Erdöl genutzt.
Fachleute sagen außerdem, dass eine solche unterirdische Speicher-Anlage eine Kapazität von fast eine dreiviertel Gigawattstunde haben könnte. Damit können sehr große Mengen Strom zwischengespeichert werden.
Einsatzmöglichkeiten im privaten Bereich
Mit Vanadium Redox-Flow Batterien gibt es bereits einen idealen Energiespeicher mit vielen Vorteilen gegenüber den herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Bislang scheint diese Technologie vor allem als größerer Netzspeichern geeignet zu sein.
Mittlerweile sind in Deutschland aber erste Hausspeicher am Markt. Sie haben die Größe eines Kühlschranks und verfügen über eine Kapazität von sechs Kilowattstunden. Solche Geräte können an ein einphasiges Wechselspannungsnetz, wie dem Hausnetz, angeschlossen werden.
Ein dazu gehöriger Batteriewechselrichter (im Lieferumfang) sorgt für die Umwandlung von Netzstrom in Speicherstrom und umgekehrt. Außerdem bietet die Funktion des Notstrombetriebs die Möglichkeit, vorübergehend eine Leistung von drei Kilowatt bereitzustellen. Ein großer Vorteil der Vanadium Redox-Flow Batterien ist: Sie können bis zu 20.000-mal aufgeladen werden, ohne dass es zu Leistungsverlusten kommt.
Sie sind also sehr langlebig und haben damit einen großen Vorteil gegenüber den marktdominierenden Lithium-Ionen-Batterien. Außerdem zeigen sie auch im jahrelangen Dauerbetrieb kaum Alterungserscheinungen, berichten Ingenieure und Wissenschaftler des Karlsruher Institut für Technologie (KIT).
Quelle: agrarheute 05.05.2024
