Flussbatterien sollen Windstrom speichern

Wind- und Solarparks produzieren ihren Strom abhängig vom Wetter. Um diesen regenerativ erzeugten Strom besser an den Verbrauch von Industrie und Haushalten anzupassen, sind effiziente Stromspeicher gefragt. Teure Lithiumionenakkus gleichen bereits sehr schnell kleine Schwankungen aus und stabilisieren das Netz. Größere Strommengen könnten in Zukunft über Stunden und Tage mit günstigen Flussbatterien gespeichert werden. Ein Prototyp, entwickelt an der Harvard University in Cambridge in den USA, soll dieser Technologie zum Durchbruch verhelfen. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Science“ berichten, seien die zur Stromspeicherung verwendeten Substanzen sowohl günstig als auch ungiftig.

Verkabelter Aufbau einer Batterie mit zwei zylinderförmigen Gefäßen im Hintergrund und zwei zusammenhängenden Metallscheiben im Vordergrund.
Flussbatterie als Windstromspeicher

„Unsere neuen Batterien bieten eine sichere, effiziente und wirtschaftliche Speichermöglichkeit“, sagt Roy Gordon von der Paulson School of Engineering and Applied Science an der Harvard University. Nach ersten Erfolgen mit organischen Lösungen aus sogenannten Chinonen und Bromverbindungen vor knapp zwei Jahren, nutzten sie nun das ungiftige Hexacyanoferrat. Chinone und die Eisenverbindungen mischten sie jeweils in alkalische Kaliumhydroxid-Lösungen und füllten diese Flüssigkeiten in zwei kleine, voneinander getrennte Tanks.

Diese flüssigen Elektrolyte wurden für die Stromspeicherung durch eine Reaktionszone gepumpt, die von einer dünnen Membran unterteilt war. Floss über angeschlossene Elektroden ein Strom, wanderten Ionen von einem flüssigen Elektrolyten zum anderen. Umgekehrt konnten diese Elektrolyte später durch abermaligen Ionenfluss den gespeicherten Strom wieder bereitstellen. Ihr Prototyp erreichte dabei eine Spannung von 1,2 Volt bei einer Stromdichte von 100 Milliampere pro Quadratzentimeter.

Im Vergleich zu Lithiumionenakkus und selbst zu Bleibatterien ist diese Speicherleistung zwar gering. Doch Flussbatterien können mit großen Tanks ausgestattet werden, die dann zeitweilige Überproduktionen von Windparks mühelos speichern könnten. Das neue System mit Chinon- und Eisenverbindungen hat zudem den Vorteil, dass es verfügbare und sehr günstige Substanzen nutzt. So schlagen die von ihm verwendeten Chemikalien mit knapp 25 Euro pro Kilowattstunde gespeicherten Stroms zu Buche. Die Materialkosten für andere Flussbatterien, die Vanadiumverbindungen nutzen, rangieren dagegen bei über 70 Euro.

Gordon und seine Kollegen sind davon überzeugt, dass sich ihre Flussbatterien problemlos in großem Maßstab fertigen lassen. Dann wollen sie auch die derzeit noch mit jedem Ladezyklus sinkende Effizienz in den Griff bekommen. Analysen an ihrem Prototyp haben gezeigt, dass weder eine chemische Zersetzung der Elektrolyte noch unerwünschte Vermischungen über die Membran für den Effizienzverlust auf 84 Prozent nach 100 Ladezyklen verantwortlich waren. Vielmehr beobachteten sie kleine Leckraten in der Hydraulik der Flussbatterie, die bei großen Anlagen vermieden werden könnten. Vom großen Bedarf an Flussbatterien sind die Forscher überzeugt. „Deutschland hat bereits so viele erneuerbare Kraftwerke gebaut, dass nun große Speicher dringend benötigt werden, um das Stromnetz zu stabilisieren“, sagt Gordon.