Fraunhofer »Umsicht« Redox-Flow-Batterien nun rentabel

Die Redox-Flow-Batterietechnik wird für die Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt.
Die Redox-Flow-Batterietechnik wird für die Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt.

Um Strom aus regenerativen Energien zu speichern sind Batterien nötig. Solche Stromspeicher waren bislang kurzlebig und teuer. Doch das könnte sich nun ändern.

Batteriespeicher werden überall dort eingesetzt, wo Strom zwischengespeichert werden muss. Sei es um die Schwankungen im Stromnetz auszugleichen oder Ladestationen für Elektroautos mit Energie zu versorgen. Die Zyklenfestigkeit von Lithium-Ionen-Batterien reicht für solche Anwendungen oft nicht aus. Bei zwei- bis drei Ladezyklen pro Tag halten sie kaum länger als drei Jahre.

Ganz anders sieht es bei Redox-Flow-Batterien aus: Sie haben eine hohe Zyklenfestigkeit, sind dadurch doppelt so langlebig wie Li-Io-Batterien. Außerdem sind sie nicht brennbar, recycelfähig und die Kapazität und Leistung lassen sich gut anpassen. Bisher waren sie aber einfach zu teuer.

Forschern des Fraunhofer Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik »Umsicht« ist es gelungen, Redox-Flow-Batterien so zu verbessern, dass sie rentabel sind. Bislang wurden aufgrund des Preises oft Lithium-Ionen-Batterien bevorzugt.

Reduzierung von Stacks spart Kosten

Die neuen Batterien werden vom Fraunhofer-Spin-off-Unternehmen Volterion hergestellt und vermarktet. Redox-Flow-Batterien bestehen aus Zellstapel und Elektrolytflüssigkeit. Das Teure bei der Herstellung waren bislang die Zellstapel. Die Zellstapel, auch Stacks genannt, wandeln den Strom in chemische Energie um, die in der Elektrolytflüssigkeit gespeichert wird. Durch eine Gewichtsreduktion bei den Stacks ist deren Herstellung nun günstiger.

»Wir konnten das Gewicht der Stacks auf zehn Prozent reduzieren und somit auch deren Kosten erheblich senken«, erläutert Dr. Thorsten Seipp, Geschäftsführer bei Volterion. »Während herkömmliche Stacks oftmals pro einzelne Zelle 8 bis 10 mm dick sein müssen, kommen wir mit einer Stackdicke von 2 bis 3 mm aus«. Die neuartigen Redox-Flow-Batterien liegen durch diese Materialersparnis in der gleichen Preisklasse wie Lithium-Ionen-Akkus, halten aber mehr als doppelt so lange. Das heißt: Sie werden erstmalig für zahlreiche Anwendungen rentabel.

Neue Materialentwicklung macht`s möglich

Der Clou lag vor allem in der Materialentwicklung. Üblicherweise bestehen die Stacks aus einer Graphit-Kunststoff-Mischung. Das Material musste bisher aufwendig verschraubt werden. Durch die vielen Dichtringe wurden hohe Verluste in Kauf genommen. Die Forscher haben die Materialeigenschaften angepasst wodurch es stabil und flexibel bleibt, dünner ausgelegt und miteinander verschweißt wird. Das macht die Stacks günstiger und robuster.

Leistungsbereiche im Megawattbereich

Die Batterien werden bereits in einer Kläranlage eingesetzt. Dort wird Strom aus Methan und aus Photovoltaik produziert. Eine 100 kW starke Batterie gleicht Schwankungen bei der Stromerzeugung und beim Stromverbrauch aus. Somit deckt die Kläranlage ihren Strombedarf komplett selbst. Auch bei Magnetresonanztomographie (MRT)-Geräten in Krankenhäusern ist die Batterie eine Alternative. Hier werden kurzfristig bis zu 200 kW benötigt, dann aber wieder längere Zeit nicht mehr. Mehrere Redox-Flow-Batterien könnten die kurzfristig benötigte Energie für mehrere MRT-Geräte bereitstellen.

Momentan arbeiten die Forscher des Fraunhofer Umsicht gemeinsam mit den Kollegen von Volterion daran, die Kosten für die Batterien noch weiter zu senken. Auch wollen sie die Batteriegrößen erweitern: Momentan sind die Batterien auf 100 bis 300 kW ausgelegt, künftig sollen sie auch im Megawattbereich nutzbar sein.