Das Jenaer Forscherteam um Prof. Dr. Ulrich S. Schubert (links), Tobias Janoschka (Mitte) und Dr. Martin Hager könnt emit der von ihnen entwickelten polymeren Redox-Flow-Batterie vor. Foto: Anne Günther / Friedrich-Schiller-Universität Jena

EAST.19: Redox Flow – Spei­cher­tech­no­logie der Spit­zen­klasse aus Thüringen

von | 11. Juni 2019

Der Kongress EAST.19 am 16. und 17. September 2019 in Erfurt widmet sich der Zukunft der Spei­cher­technik. Eine mögliche Variante: Redox-​Flow-​Batterien, die fast oder gar komplett ohne Metalle auskommen. Sie lösen damit ein Problem herkömm­licher E‑Batterien: Seltene oder nur mit hohem Aufwand und zulasten der Umwelt zu gewin­nende Metalle. Erforscht und herge­stellt wird die neuartige Tech­no­logie in Thüringen, dem Gast­ge­berland der EAST.19.

Speicher sind der Schlüssel der Ener­gie­wende. Sie können Strom oder Wärme über längere Zeit erhalten und bei Bedarf abgeben. Ohne sie können die Gegen­sätze zwischen den Produk­ti­ons­zeiten erneu­er­barer Energien wie Wind und Sonne und den Verbrauchs­zeiten nicht über­brückt werden. Genau diese Tech­no­logien bestimmen das Programm der EAST.19. Einer der Hoff­nungs­träger dabei: Redox Flow.

Redox Flow beruht auf einem denkbar einfachen, elek­tro­che­mi­schen Prinzip. In zwei Tanks lagern gleich­artige Elektrolyt-​Flüssigkeiten unter­schied­licher Oxida­ti­on­s­tufen. Sie werden zwischen den Tanks, getrennt von einer Membran, hin- und herge­pumpt. Das eine Elek­trolyt mit stärkerer Elek­tro­nen­bindung fungiert als Kathode, das andere als Anode. Wird Strom zugeführt, wandern die Ionen von der Kathode zur Anode. Damit wird die Batterie geladen.

Bekannt ist das Prinzip schon seit den 70er Jahren. Bisher wurde jedoch vorrangig in Schwe­fel­säure gelöstes Vanadium verwendet – ein Gefahr­stoff und umwelt­be­lastend. Den Forschern des Center for Energy and Envi­ron­mental Chemistry Jena (CEEC Jena) an der Friedrich-​Schiller-​Universität gelang es 2015 gänzlich auf Metalle zu verzichten. Das Team unter Leitung von Prof. Ulrich S. Schubert entwi­ckelte orga­nische Polymere, die in gesät­tigtem Koch­salz­wasser aufgelöst werden. Auch die Membran kommt gänzlich ohne Metalle aus. Genutzt wird ein Faser­ma­terial, das schon lange in Trink­was­ser­filtern oder der Dialyse zum Einsatz kommt.

Einen ersten Groß­versuch plant derzeit für einen Zeitraum von etwa zehn Jahren der nord­deutsche Ener­gie­ver­sorger EWE aus Oldenburg. Er will das Prinzip in seinen Gaska­vernen, die bisher als Speicher für Erdgas dienen, im großen Stil reali­sieren und dort Wind­energie einspeisen. Wenn diese im Über­schuss anfällt und die Anlagen abge­schaltet werden müssten, wird der Strom aufge­fangen und kann wieder abgegeben werden, wenn dafür ein Bedarf besteht. In beiden Fällen wird so die Netz­sta­bi­lität aufrecht­erhalten – mit einer einzigen Technologie.

Doch es geht auch viele Nummern kleiner. Denn das Redox-​Flow-​Prinzip ist gut nach unten skalierbar. JenaBat­teries etwa baut diese metall­freien Batterien ab 100 kW Leistung und einer Spei­cher­ka­pa­zität von 400 kWh.

Die Vorteile von Redox Flow made in Thüringen liegen auf der Hand Die Wartung ist durch die Metall­freiheit einfach und planbar. Das wiederum erleichtert Betrieb, aber auch Finan­zie­rungen. Die Lebens­dauer liegt bei 10.000 Lade­zyklen, die benö­tigten Grund­stoffe sind einfach herstellbar und in Deutschland ohne große Begren­zungen preis­günstig verfügbar. Alle verwen­deten Mate­rialien sind weder brennbar noch explosiv. Das verein­facht Sicher­heits­re­ge­lungen und reduziert Prämien für die Versi­cherung der Anlagen. Zudem können sie bei kleinen Anwen­dungen mittels 3D-​Drucker herge­stellt werden, was die Tech­no­logie wiederum inter­essant für die Anwendung in kleinen Geräten etwa für das Internet of Things (IoT) macht. Da auf Schwer­me­talle wie Blei oder Vanadium, aber auch auf Leicht­me­talle wie Lithium verzichtet werden kann, ist es eine sehr umwelt­scho­nende Lösung.

Neben der revo­lu­tio­nären Redox-​Flow-​Technologie wird in Thüringen aber auch an metal­li­schen Spei­cher­tech­no­logien geforscht, die auf Lithi­um­ver­bin­dungen verzichten können. So koor­di­niert die Friedrich-​Schiller-​Universität Jena innerhalb des vom Bundes­mi­nis­terium für Bildung und Forschung geför­derten Projekts TRANSITION wissen­schaft­liche Arbeiten zu flüssigen und polymeren Elek­tro­lyten für Natrium-​Ionen-​Batterien. In ihnen werden als Kathoden Über­gangs­me­tall­schich­toxide und als Anoden Hart­koh­len­stoff aus Biomasse verwendet. Auch hier ist eine hohe Skalier­barkeit Gegen­stand der Forschungen.

Die neuen Spei­cher­kon­zepte, die die besondere Stärke der Forschungs­land­schaft für Energiespeicher- Tech­no­logien in Mittel­deutschland beweisen, werden auf der EAST.19 in Vorträgen und Workshops und in der beglei­tenden Ausstellung beleuchtet.

Mehr dazu hier.

Frank Urbansky

Freier Jour­na­list und Fach­au­tor, unter anderem für die Fach­ma­ga­zine und Portale Brenn­stoff­spie­gel, Uniti; DW Die Woh­nungs­wirt­schaft und Immo­bi­li­en­wirt­schaft; Haufe-Lexware; Energie&Management; IVV, Huss Medien; Motor­tech­ni­sche Zeit­schrift und Sprin­ger­Pro­fes­sio­nal; Sprin­ger Fachverlag; SHK Profi und tab, Bau­ver­lag; stadt+werk, k21

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