Das Speichern von Solar- und Windstrom ist entscheidend für den Erfolg der Energiewende. Ein Baustein für das Speichern von Strom, sowohl im großen Maßstab als auch für Hausstrom, ist die Redox-Flow-Batterie.
Mit Vanadium Redox-Flow Batterien gibt es einen idealen Energiespeicher mit vielen Vorteilen gegenüber den herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Bislang schien 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 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).
Die Redox-Flow-Batterie könnte also ein entscheidender Baustein für die Energienetze der Zukunft darstellen. Zudem werden bei der Herstellung keine seltenen Rohstoffe benötigt. Sie sind außerdem wesentlich sicherer im Betrieb, da der Elektrolyt nicht brennbar oder explosiv ist.
Nutzung für große und für kleine Stromspeicher
Ideal geeignet sind die Redox-Flow-Batterien, um die Energie aus der Solar- und Windstromproduktion von großen Stromnetzen dezentral zu speichern. Zunehmend werden sie jedoch auch für die Speicherung von Hausstrom interessant (siehe oben). Die bislang für die Speicherung größerer Energiemengen genutzten Pumpspeicherkraftwerke haben einen großen Platz- und auch Kapitalbedarf.
Aus verschiedenen Gründen bieten sich moderne Redox-Flow-Batterien für die Lösung dieses Problems an. Überwiegend kommt dabei derzeit ein Vanadium-Elektrolyt zum Einsatz, das in Tanks in unterschiedlichen Oxidationsstufen gespeichert wird, während der Strom ähnlich wie bei der Brennstoffzelle an einer Membran produziert wird. Dabei bestimmt die Größe dieser Membran die Leistung (kW). Die Energie (kWh) hängt von der Tankgröße ab, also der Menge der eingesetzten Flüssigkeit.
Energie und Leistung kann bei der Redox-Flow-Batterie unabhängig voneinander skaliert werden. Diese fast unbegrenzte Skalierbarkeit macht die Redox-Flow-Batterie zum idealen Netzspeicher für erneuerbare Energien. Dass ein Durchbruch der Flow-Technologie bisher noch nicht erfolgt sei, liege vor allem an der Schwierigkeit, sie effizient einzusetzen, sagt Thomas Leibfried vom Institut für Elektroenergiesysteme und Hochspannungstechnik des KIT.
Während in die Steuerung von Lithium-Ionen-Batterien bereits Jahrzehnte der Entwicklung investiert wurde, befinde man sich bei der Redox-Flow-Batterie noch am Anfang. Aktuell müsse sie deshalb noch für jedes Anwendungsszenario baulich angepasst werden.
Um das zu ändern, haben KIT-Forscher ein automatisches Batterie-Management entwickelt. Das stellt sicher, dass die Redox-Flow-Batterie sowohl im Lade- als auch im Entladezyklus immer an ihrem effizientesten Punkt betrieben wird, egal wofür sie eingesetzt wird. Am Ende soll das Batterie-Management in einer marktreifen Version auf einem Mikrochip Platz finden.
