Strom flüssig speichern wie Wasser oder Benzin - Durchbruch bei Forschung zur Flow-Batterie

Flow-Battery Brett Helms und Miranda Baran Berkeley Labs

Brett Helms (rechts) und Miranda Baran von Berkeley Labs Molecular Foundry haben AquaPIM entwickelt, eine kostengünstige Alternative zu den neuesten Batteriemembranen für Durchflussbatterien. © Marilyn Sargent / Berkeley Lab. 

Forschende von Berkeley Lab, einer Forschungseinrichtung geführt von der Universität Kalifornien USA, haben eine neue Membran entwickelt, die die Herstellung sogenannter Flow-Batterien oder Durchflussbatterien deutlich verbilligt und ihre Lebensdauer erheblich verlängert. In Flow-Batterien lässt sich Strom als Energie speichern wie Benzin in zwei Tanks: In einem befindet sich eine mit Elektronen angereicherte Flüssigkeit, im anderen fehlt sie.

Strom flüssig speichern wie Benzin - So funktioniert eine Flow Batterie

Laut den ForscherInnen fliessen die Flüssigkeiten im Reaktionsraum aneinander vorbei, getrennt durch eine Membran. Beim Aufladen wird eine Flüssigkeit angereichert, beim Entladen verliert sie Elektronen, die als Strom in einen äusseren Verbraucher fliessen. Der Reaktionsraum ist relativ klein. Die Kapazität des Speichers hängt weitgehend von der Grösse der Tanks ab.

Flow Batterie Funktionsprinzip

Funktionsprinzip einer Flow Batterie (Durchflussbatterie) mit einer Ionen-selektiven AquaPIM Membrane (illustriert in beige). © Brett Helms / Berkeley Lab

AquaPIM als Kunststoff-Basis

Die Membran besteht aus einem Kunststoff der AquaPIM-Klasse. Er wird aus Materialien wie Wasser, Zink und Eisen hergestellt. Die Forschenden stellten unterschiedlich zusammengesetzte Membranen her, um herauszufinden, welchen Einfluss das auf die Lebensdauer hat. "Unsere Membran-Technologie beschleunigt den Weg zur Marktreife von Flow-Batterien, die eine wasserbasierte kostengünstige Chemie nutzen", sagt Projektleiter Brett Helms. Wobei er für sich nicht in Anspruch nimmt, die endgültige und optimale Lösung gefunden zu haben. Der Weg, den er gewiesen habe, werde anderen Forschergruppen eine Menge Zeit bei der Entwicklung der besten Flow-Batterie ersparen.

Flow Batterien: Bis jetzt war Trennmembran sehr teuer und nicht langlebig

Heutige Flow-Batterien basieren auf alkalischen Elektrolyten, das sind die beiden Flüssigkeiten. Die verwendeten Membranen seien jedoch auf saure Umgebungen zugeschnitten, wie sie auch in Brennstoffzellen verwendet werden. Aus diesem Grund sind sie nicht sonderlich langlebig. Ausserdem sind sie teuer. Sie machen 15 bis 20 Prozent der gesamten Batteriekosten aus. 

Langlebige und billige Membran zwischen den beiden Flüssigkeiten

Helms und sein Kollege Yet-Ming Chiang, Materialwissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology haben bereits entdeckt, dass eine Dotierung der Membran mit einer exotischen Chemikalie aus der Gruppe der Amidoxime den Austausch von Ionen zwischen den beiden Flüssigkeiten massiv beschleunigt. Kombiniert mit AquaPIM, enstand eine langlebige und billige Membran. 

Somit wird das Speichern von Strom dank Berkeley-Forschern billiger und langlebiger. 

Originalbeitrag: "Go With the Flow: Scientists Design Better Batteries for a Renewable Energy Grid"

Quelle: Lawrence Berkeley National Laboratory "Berkeley Labs"
Bilder: © Berkeley Labs

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