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Batteriespeicher der Zukunft Neuer Stromspeicher: effizienter und hitzebeständiger

| Redakteur: MA Alexander Stark

Um regenerativ erzeugte Energie optimal nutzen zu können sind leistungsfähige und robuste Energiespeicher unverzichtbar. Forscher an der Universität Jena setzen hierfür ihre Hoffnungen auf Polymerelektrolyte für Redox-Flow-Batterien.

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Testaufbau im CEEC Jena um neuartige Aktivmaterialien für Redox-Flow-Batterien zu entwickeln.
Testaufbau im CEEC Jena um neuartige Aktivmaterialien für Redox-Flow-Batterien zu entwickeln.
(Bild: Philipp Borchers/Uni Jena)

Jena – Der Anteil erneuerbarer Energien steigt hierzulande stetig. Zu Beginn des Jahres 2020 konnte er erstmals mehr als die Hälfte des in Deutschland verbrauchten Stroms abdecken. Doch je wichtiger regenerative Methoden der Energiegewinnung werden, umso drängender ist die Notwendigkeit, den auf diese Weise erzeugten Strom zu speichern. Grüne Energie könnte so auch genutzt werden, wenn keine Sonne auf Solarpanels scheint oder kein Luftstrom Windkraftanlagen antreibt. Geeignete Stromspeicher sind dafür unverzichtbar. Forschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben nun neue vielversprechende Polymerelektrolyte für Redox-Flow-Batterien entwickelt, welche flexibel einsetzbar, leistungsfähig und umweltfreundlich sind. Über ihren Erfolg informieren sie in der aktuellen Ausgabe des renommierten Forschungsjournals „Advanced Energy Materials“.

Das neue Material der Jenaer Chemikerinnen und Chemiker wird in sogenannten Redox-Flow-Batterien eingesetzt. „Bei diesem Typ werden die stromspeichernden Komponenten in einem Lösungsmittel gelöst und können dadurch dezentral gelagert werden, was die beliebige Skalierung der Batterie von wenigen Millilitern bis etlichen Kubikmetern einer solchen Elektrolytlösung erlaubt“, sagt Prof. Dr. Ulrich S. Schubert vom Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) der Friedrich-Schiller-Universität. Aufgrund dieser Flexibilität haben Redox-Flow-Batterien generell großes Potenzial, sich in der Zukunft als wichtiger Stromspeicher zu etablieren.

Bisher allerdings wiesen sie zwei Schwächen auf, die eine breite Anwendung verhinderte: Zum einen kamen als Elektrolyt häufig beispielsweise in Schwefelsäure gelöste umweltgefährdende und giftige Schwermetallsalze wie Vanadium zum Einsatz. Zum anderen funktionierten sie nur bis zu einer Umgebungstemperatur von maximal 40 °C und benötigten deshalb ein aufwendiges Kühlungssystem. Mit Hilfe des neuen Materials könnten diese beiden Probleme gelöst werden.

Die Forscher haben als Elektrolyt ein neuartiges Polymer entworfen, das zum einen wasserlöslich ist und somit überhaupt als Elektrolyt infrage kommt, und das zum anderen Eisen enthält, was ihm die Fähigkeit verleiht, elektrischen Strom zu speichern. Gleichzeitig erlaubt das Polymer eine deutlich höhere Umgebungstemperatur von bis zu 60 °C – der zusätzliche Aufwand eines sensiblen Temperaturmanagements entfällt somit. Darüber hinaus stellten die Jenaer Forscherinnen und Forscher während ihrer Versuche mit dem neuen System fest, dass es auch effizienter als seine Vorgänger funktioniert.

Somit kann Strom in einer ungefährlichen Lösung auf Wasserbasis gespeichert, in Tanks zwischengelagert und ohne nennenswerte Verluste und zusätzlichen Aufwand am nächsten Tag wieder aus der Batterie genutzt werden. Systeme dieser Art können außerdem ebenso in wärmeren Regionen, etwa in Afrika, Indien oder Brasilien, zum Einsatz kommen. „Durch die Verbesserung des stromspeichernden Mediums sehen wir die Redox-Flow-Batterie wieder in einer guten Position, um einen wichtigen Beitrag als Stromspeicher der Zukunft zu leisten“, sagt der Jenaer Chemiker.

Original-Publikation: Philipp S. Borchers, Maria Strumpf, Christian Friebe, Ivo Nischang, Martin D. Hager, Johannes Elbert, Ulrich S. Schubert (2020): Aqueous Redox Flow Battery Suitable for High Temperature Applications Based on a Tailor-Made Ferrocene Copolymer, Advanced Energy Materials, DOI: 10.1002/aenm.202001825

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