Elektromobilität: Redox-Flow-Batterien als Alternative zu Li-Ionen

Eine neuartige Redox-Flow-Batterie könnte das Problem der langen Ladezeiten beim Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos lösen. Die Redox-Flow-Batterien lassen sich in Minuten mit geladener Elektrolytflüssigkeit »auftanken«.

Bis zum Jahr 2020 sollen eine Million Elektroautos in Deutschland unterwegs sein – so lautet der ehrgeizige Plan der Bundesregierung. Bis dahin gilt es allerdings, noch einige Herausforderungen zu meistern. Ein davon ist die Frage des Energiespeichers. Einer Hoffnungsträger ist der Lithium-Ionen-Akku. Sein Nachteil ist aber bisher die lange Ladezeit von mehreren Stunden – Zeit, die der Autofahrer unterwegs nicht hat. Eine Alternative sehen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT in Pfinztal bei Karlsruhe in Redox-Flow-Batterien: »Diese Batterien basieren auf flüssigen Elektrolyten. Man könnte sie daher an der Tankstelle in wenigen Minuten aufladen: Der entladene Elektrolyt wird einfach abgepumpt und durch aufgeladenen ersetzt«, sagt der Ingenieur Jens Noack vom ICT. »Der abgepumpte Elektrolyt kann an der Tankstelle wieder geladen werden, beispielsweise durch ein Windrad oder eine Solaranlage.«

Das Prinzip von Redox-Flow-Batterien ist nicht neu: Zwei flüssige Elektrolyte, die Metall-Ionen enthalten, strömen durch Elektroden aus porösem Graphitflies, getrennt von einer Membran, die Protonen durchlässt. Bei diesem Ladungsaustausch fließt Strom über die Elektroden, der sich nutzen lässt. Bisher haben die Redox-Flow-Batterien jedoch einen Nachteil: Sie speichern deutlich weniger Energie als Lithium-Ionen-Akkus. Die Reichweite der Autos würde nur etwa ein Viertel betragen, rund 25 Kilometer. Der Fahrer müsste also viermal so oft die Batterien nachladen als beim Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus. »Wir konnten die Reichweite nun auf das vier- bis fünffache steigern – damit kommt sie in die Nähe der Lithium-Ionen-Akkus«, freut sich Noack. Den Prototypen einer Zelle haben die Forscher bereits hergestellt, nun müssen sie mehrere Zellen zu einer Batterie zusammensetzen und diese optimieren.

Die Weiterentwicklung der Batterien führen die Forscher mit den Kollegen der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Ostfalia in Wolfenbüttel und Braunschweig durch: Sie testen Elektroantriebe und Energiespeicher an Modellfahrzeugen, die nur ein Zehntel der Größe üblicher Fahrzeuge haben. Eine herkömmliche Redox-Flow-Batterie hat das Forscherteam bereits in ein Modellfahrzeug eingebaut. Vom 13. bis 15. Oktober ist das Fahrzeug im Maßstab 1:5 auf der eCarTech in München zu sehen. Im kommenden Jahr wollen die Forscher auch die neue Batterie mit vierfacher Reichweite in ein Modellauto integrieren.