Fraunhofer UMSICHT Große Redox-Flow-Batterie mit 25 kW

Große und leistungsfähige Redox-Flow-Batterie
Große und leistungsfähige Redox-Flow-Batterie.

Sonne und Wind liefern immer mehr Strom – allerdings unregelmäßig. Leistungsfähige elektrische Energiespeicher sollen das künftig ausgleichen. Fraunhofer-Forscher haben nun eine Redox-Flow-Batterie mit einer Zellgröße von 0,5 m² entwickelt, was einer Stack-Leistung von 25 kW entspricht.

Redox-Flow-Batterien speichern elektrische Energie in chemischen Verbindungen, den flüssigen Elektrolyten. Die Ladung und Entladung der Elektrolyten findet dabei in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen werden nebeneinander zu Stapeln, Stacks genannt, aufgereiht. Doch bislang lieferten die auf dem Markt verfügbaren etwa DIN-A4-Blatt großen Batterien nur eine Leistung von 2,3 kW.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen konnten nun die Größe der Stacks und damit die Leistungsfähigkeit deutlich erhöhen. Dank eines neuen Designs ist es ihnen gelungen, Stacks mit 0,5 m² Zellgröße zu fertigen. Das ist achtmal größer als die bisherigen Systeme und entspricht einer Leistung von 25 kW. Diese Batterie präsentieren die Wissenschaftler auf der Hannover Messe am Fraunhofer-Stand der Allianz Energie (Halle 13, Stand C10). Der Prototyp verfügt über einen Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent. Er kann mit Strömen von bis zu 500 A belastet werden.

Doch wie ist es gelungen, die Größe und Leistungsfähigkeit so deutlich zu erhöhen? Zunächst erprobten die Fraunhofer-Wissenschaftler neue Membranmaterialien, forschten am Batteriemanagement und dem Batteriedesign. Strömungssimulationen halfen dabei, den Aufbau der Zellen zu optimieren. Die Forscher haben die Batterien dann komplett neu designt und so den Durchbruch geschafft. »Die größte Herausforderung bestand darin, dass wir für das Scale-up einen komplett neuen Aufbau der Stacks entwickeln mussten, um Batterien in dieser Leistungsstärke zu konzipieren«, erklärt Dr. Jens Burfeind, Gruppenleiter Elektrochemische Speicher am Fraunhofer UMSICHT.

Großes Testlabor für Redox-Flow-Batterien

Am Institut in Oberhausen steht für die Forschungsarbeiten eines der größten Testlabore für Redox-Flow-Batterien europaweit zur Verfügung. Als nächstes konkretes Ziel stehe daher zunächst die Entwicklung eines Stacks in der Größe von zwei Quadratmetern und einer Leistung von 100 kW auf der Agenda.

Die Redox-Flow-Zelle (Red für Reduktion = Elektronenaufnahme, Ox für Oxidation = Elektronenabgabe) ist ein Akkumulator. Sie speichert Energie in Elektrolytlösungen. Diese fließen aus Tanks durch eine Zelle, die in einem chemischen Prozess daraus Strom erzeugt. Am weitesten verbreitet ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Die Ladung und Entladung des Vanadiums findet in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen sind nebeneinander zu Stapeln, Stacks, aufgereiht. Das erhöht die Leistung der Batterie. Redox-Flow-Batterien bieten einige Vorteile: Sie sind kostengünstig, robust, langlebig und lassen sich individuell anpassen.

Hannover Messe: Halle 2, Stand D18