Neues Akku-Design als Ökostrom-Zwischenspeicher

Forscher am SLAC National Accelerator Laboratory des US-Energieministeriums und der Stanford University haben ein neues Akku-Design entwickelt, das helfen soll, das Zwischenspeicher-Problem von Wind- oder Solarstrom als Teil der Netzversorgung zu lösen.

Das Team setzt dabei auf eine Art Redox-Flow-Batterie, die im Gegensatz zu bisherigen Ausführungen mit nur einem Flüssigkeitskreislauf auskommt und noch dazu relativ günstige Materialien nutzt. Zudem sind erste Prototypen schon relativ langlebig, was den Ansatz in Kombination mit dem geringen Preis als Netzspeicher attraktiv machen soll.

Wichtiger Speicher vereinfacht

Dass umweltfreundliche Energie in Form von Wind- und Solarstrom zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist zwar erfreulich, bringt aber auch Probleme mit sich. Denn die aus Wind oder Sonne generierte Leistung kann plötzlich und stark fluktuieren, womit heutige Stromnetze nicht umgehen können. Damit der Ökostrom-Anteil an der Gesamtversorgung weiter wachsen kann, sind geeignete Zwischenspeicher-Lösungen für das Stromnetz erforderlich.

Ein Kandidat dafür sind Akkus in Form sogenannter Redox-Flow-Batterien. Denn diese elektrochemischen Speicherlösungen können relativ leicht auch mit den für Netzspeicher nötigen sehr hohen Kapazitäten gebaut werden.

In bisherigen Flow-Batterien fließen zwei Flüssigkeiten in getrennten Elektroden-Kreisläufen an einer Membran vorbei, an der sie Ladungsträger austauschen. Diese Membran ist laut SLAC teuer und wartungsintensiv, zudem enthalten die Flüssigkeiten oft seltene und teure Materialien wie Vanadium. Das neue Design spart im Vergleich dazu gleich doppelt, denn es nutzt nur einen Flüssigkeitskreislauf, vornehmlich die relativ günstigen Elemente Lithium und Sulfur sowie ein speziell beschichtetes Stück Lithium anstelle der Membran und des zweiten Elektroden-Flüssigkeitskreislaufs.

Langlebig und skalierbar

Einer im März veröffentlichten Stanford-Studie nach sind Akkus derzeit als Stromspeicher für das Netz ungeeignet, da sie zu kurzlebig sind (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20130311018 ). Ob das neue Design langfristig wirklich die dort geforderte Lebensdauer erreichen kann, bleibt abzuwarten, erste Tests sind aber vielversprechend. „In ersten Labortests hat die neue Batterie eine ausgezeichnete Energiespeicher-Leistung auch über mehr als 2.000 Ladezyklen beibehalten, entsprechend mehr als 5,5 Jahren an täglichen Zyklen“, sagt der Standford-Materialwissenschaftler Yi Cui.

Für die erste Demonstration des neuen Akku-Designs hat das Team einfache Labor-Glaswaren genutzt und konnte zeigen, dass mit einer Lithium-Polysulfid-Lösung sofort genug Strom für eine LED erzeugt wird. Nun wollen die Forscher ein größeres Laborsystem schaffen, um den Energiespeicherprozess zu optimieren und etwaige technische Probleme zu identifizieren. Zudem steht die Suche nach Partnern für einen Feldversuch mit einem wirklich großen System an – immerhin sollen letztlich Netzspeicher mit etlichen Megawattstunden Kapazität möglich sein.