Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Batterien aus Kunststoff für die Energiewende

22.10.2015

Chemiker der Universität Jena präsentieren neuartige Redox-Flow-Batterie auf Polymer-Basis

Sonne und Wind sind wichtige erneuerbare Energiequellen, die jedoch natürliche Schwankungen zeigen: Bei starkem Wind und strahlendem Sonnenschein wird zu viel, bei Windstille und Wolken dagegen zu wenig Strom produziert. Für eine kontinuierliche Stromversorgung und stabile Energienetze braucht es daher Stromspeicher. Vielversprechend sind sogenannte Redox-Flow-Batterien, die allerdings bislang einen entscheidenden Nachteil haben: Bei dieser Batterietechnik kommen teure Metalle und aggressive Säuren zum Einsatz.


Das Jenaer Forscherteam (v. l.) Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Tobias Janoschka und Dr. Martin Hager mit der neuen Batterie.

Foto: Anne Günther/FSU

Einen entscheidenden Schritt zu einer einfach handhabbaren, sicheren und zugleich ökonomischen Redox-Flow-Batterie ist nun einem Forscherteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Zentrums für Energie und Umweltchemie (CEEC Jena) und der JenaBatteries GmbH – einer Ausgründung der Uni Jena – gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie auf Basis von Polymeren und einer ungefährlichen Kochsalzlösung entwickelt. „Das Neuartige an unserem Batteriesystem ist, dass es deutlich günstiger hergestellt werden kann, aber dennoch fast die Kapazität und Leistung herkömmlicher, metall- und säurehaltiger Systeme erreicht“, sagt Dr. Martin Hager. Ihre Batterietechnik präsentieren die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins Nature (DOI:10.1038/nature15746).

Bei einer Redox-Flow-Batterie bestehen die Elektroden nicht aus Feststoffen – meist Metalle und Metallsalze –, sondern liegen in gelöster Form vor: Die Elektrolytlösungen lagern in zwei Tanks, die den Plus- und Minus-Pol bilden und als Energiespeicher dienen. Mithilfe einer Pumpe werden sie in eine elektrochemische Zelle gebracht, in der die Elektrolyte chemisch reduziert bzw. oxidiert werden, so dass elektrische Energie frei wird oder gespeichert werden kann. Damit sich die Elektrolyte nicht vermischen, ist die Zelle in der Mitte durch eine Membran getrennt. „Bei diesen Systemen lassen sich Energiemenge und Leistung unabhängig voneinander einstellen. Außerdem ist die Selbstentladung sehr gering“, erklärt Martin Hager. Bisherige Systeme verwenden als Elektrolyte meist in Schwefelsäure gelöste Ionen des Metalls Vanadium. „Das ist nicht nur extrem teuer, sondern die Lösung ist zudem hochkorrosiv, so dass eine spezielle Membran nötig und die Lebensdauer der Batterie begrenzt ist“, so Hager.

Die Redox-Flow-Batterie der Jenaer Forscher verwendet hingegen neuartige Kunststoffe: Diese ähneln in ihrem grundlegenden Aufbau Plexiglas und Styropor, doch sie sind so um funktionale Einheiten ergänzt, dass sie Elektronen aufnehmen bzw. abgeben können.

Als Lösungsmittel sind keine aggressiven Säuren notwendig, sondern die Polymere „schwimmen“ in einer wässrigen Kochsalzlösung.

„Auf diese Weise können wir eine einfache und preisgünstige Cellulose-Membran verwenden und auf giftige und teure Metalle verzichten“, erklärt Tobias Janoschka, Erstautor der aktuellen Studie.

„Diese auf Polymeren basierende Redox-Flow-Batterie eignet sich daher ideal als Energiespeicher für große Windkraft- und Solaranlagen“, ergänzt Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Lehrstuhlinhaber für Organische und Makromolekulare Chemie an der FSU Jena und Direktor des CEEC Jena – einem in Deutschland einmaligen Energieforschungszentrum, das gemeinsam von der Universität Jena und dem Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme Hermsdorf/Dresden (IKTS) betrieben wird.

Bis zu 10.000 Ladezyklen konnte die Jenaer Redox-Flow-Batterie in ersten Tests durchlaufen ohne entscheidend an Kapazität zu verlieren. Die Energiedichte des in der aktuellen Studie vorgestellten Systems beträgt zehn Wattstunden pro Liter.

Doch die Wissenschaftler arbeiten bereits an größeren, leistungsfähigeren Systemen. Neben der Fortführung der Grundlagenforschung innerhalb der Universität entwickeln die Chemiker zudem im Rahmen des Startup-Unternehmens JenaBatteries GmbH ihr System zu marktreifen Produkten.

Original-Publikation:
Janoschka T et al. An aqueous, polymer-based redox-flow battery using non-corrosive, safe, and low-cost materials. Nature, DOI:10.1038/nature15746

Kontakt:
Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Dr. Martin Hager, Tobias Janoschka
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie der Universität Jena
Zentrum für Energie und Umweltchemie (CEEC Jena)
Humboldtstr. 10, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 948200
E-Mail: ulrich.schubert[at]uni-jena.de, martin.hager[at]uni-jena.de, tobias.janoschka[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Claudia Hilbert | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien in fermentierten Lebensmitteln interagieren mit unserem Immunsystem
24.05.2019 | Universität Leipzig

nachricht Wie Einzelzellen und Zellverbünde beim Navigieren zusammenwirken
24.05.2019 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Direkte Abbildung von Riesenmolekülen

Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) konnten riesige zweiatomige Moleküle erzeugen und mit einem hochaufgelösten Mikroskop direkt abbilden.

Die optische Auflösung einzelner Konstituenten herkömmlicher Moleküle ist aufgrund der kleinen Bindungslänge im Sub-Nanometerbereich bisher nicht möglich....

Im Focus: New studies increase confidence in NASA's measure of Earth's temperature

A new assessment of NASA's record of global temperatures revealed that the agency's estimate of Earth's long-term temperature rise in recent decades is accurate to within less than a tenth of a degree Fahrenheit, providing confidence that past and future research is correctly capturing rising surface temperatures.

The most complete assessment ever of statistical uncertainty within the GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP) data product shows that the annual values...

Im Focus: Geometrie eines Elektrons erstmals bestimmt

Physiker der Universität Basel können erstmals zeigen, wie ein einzelnes Elektron in einem künstlichen Atom aussieht. Mithilfe einer neu entwickelten Methode sind sie in der Lage, die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons im Raum darzustellen. Dadurch lässt sich die Kontrolle von Elektronenspins verbessern, die als kleinste Informationseinheit eines zukünftigen Quantencomputers dienen könnten. Die Experimente wurden in «Physical Review Letters» und die Theorie dazu in «Physical Review B» veröffentlicht.

Der Spin eines Elektrons ist ein vielversprechender Kandidat, um als kleinste Informationseinheit (Qubit) eines Quantencomputers genutzt zu werden. Diesen Spin...

Im Focus: The geometry of an electron determined for the first time

Physicists at the University of Basel are able to show for the first time how a single electron looks in an artificial atom. A newly developed method enables them to show the probability of an electron being present in a space. This allows improved control of electron spins, which could serve as the smallest information unit in a future quantum computer. The experiments were published in Physical Review Letters and the related theory in Physical Review B.

The spin of an electron is a promising candidate for use as the smallest information unit (qubit) of a quantum computer. Controlling and switching this spin or...

Im Focus: Optische Superlinsen aus Gold

Oldenburger Forscher entwickeln neues optisches Mikroskop mit extrem hoher Auflösung

Eine kegelförmige Spitze aus Gold bildet das Kernstück eines neuen, extrem leistungsfähigen optischen Mikroskops, das Oldenburger Wissenschaftler in der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Effizientes Wertstoff-Recycling aus Elektronikgeräten

24.05.2019 | Veranstaltungen

Früherkennung 2.0: Mit Präzisionsmedizin Screeningverfahren weiterentwickeln

23.05.2019 | Veranstaltungen

Kindermediziner tagen in Leipzig

22.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Effizientes Wertstoff-Recycling aus Elektronikgeräten

24.05.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Direkte Abbildung von Riesenmolekülen

24.05.2019 | Physik Astronomie

Antibiotika und ihre Systembiologie

24.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics