Neue Methode zur effizienten Energiespeicherung
Um mit alternativen Energiequellen eine stabile Stromversorgung möglich zu machen, ist die Speicherung ein entscheidendes Thema. Denn die natürlichen Schwankungen etwa bei Solar- und Windkraftanlagen müssen durch möglichst effiziente Speichermethoden so weit wie möglich ausgeglichen werden. Wissenschaftlern ist jetzt eine wesentliche Verbesserung gelungen.
Um mit alternativen Energiequellen eine stabile Stromversorgung möglich zu machen, ist die Speicherung ein entscheidendes Thema. Denn die natürlichen Schwankungen etwa bei Solar- und Windkraftanlagen müssen durch möglichst effiziente Speichermethoden so weit wie möglich ausgeglichen werden. Wissenschaftlern ist jetzt eine wesentliche Verbesserung gelungen.
Die Forscher des Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien (DWI), der Aachener Verfahrenstechnik, RWTH Aachen, und der Hanyang University in Seoul arbeiten mit Redox-Flow-Batterien, die als mögliche Zukunftstechnologie für diesen Bereich gelten. Sie speichern elektrische Energie in Form von Elektrolyten, die in zwei durch eine Membran getrennten Kreisläufen zirkulieren. Diese Membran spielt eine entscheidende Rolle: Sie muss die Energie-speichernden Elektrolyte in den beiden Kreisläufen voneinander trennen, trotzdem müssen die Protonen die Membran beim Lade- und Entladevorgang der Batterie problemlos passieren können.
Die Entwicklung eines Materials, das diese beiden Eigenschaften erfüllt - undurchlässig für die Vanadium-Ionen und durchlässig für Protonen - ist der Knackpunkt bei dieser Forschung. Wegen der Probleme, die bei der bisherigen Nutzung von aus dem Polymer Nafion bestehenden Membranen auftraten, wählten die Wissenschaftler aus Aachen und Seoul einen völlig anderen Ansatz. "Wir arbeiten mit einer hydrophoben, also wasserabweisenden Membran. Die Membran quillt nicht im Wasser und bleibt daher stabil", erklärt Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling, der stellvertretende wissenschaftliche Direktor im Leibniz-Institut für Interaktive Materialien (DWI) und Inhaber des RWTH-Lehrstuhls für chemische Verfahrenstechnik.
In dem hydrophoben Material bilden sich winzige Poren und Kanäle aus, in denen Protonen problemlos und mit hoher Geschwindigkeit durch die Membran gelangen können, während die Vanadium-Ionen aufgrund ihrer Größe zurückgehalten werden - auch nach einer Woche oder 100 Lade- und Entladevorgängen. "Auf diese Weise konnten wir eine Energieeffizienz von bis zu fast 99 Prozent erreichen, je nach Stromstärke. Unsere Membran stellt also eine echte Barriere für das Vanadium dar", so Wessling weiter. Unabhängig von der Stromstärke konnten die Wissenschaftler in jedem Fall eine Energieeffizienz von mindestens 85 Prozent erzielen. Konventionelle Systeme erreichen dagegen maximal 76 Prozent. Inzwischen planen die Wissenschaftler bereits weitere Tests und Optimierungen. (vm/en-wid)
