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11.06.2019, 10:53 Uhr

Forscher entwickeln rentable Redox-Flow-Batterien

Oberhausen - Lithium-Ionen-Akkus haben eine relativ kurze Lebensdauer, Redox-Flow-Batterien waren bislang zu teuer. Neuartige Redox-Flow-Systeme liegen nun im selben Preisbereich wie Lithium-Ionen-Batterien, halten jedoch mehr als doppelt so lange.

Forscher des Fraunhofer Umsicht in Oberhausen konnten die Kosten der Redox-Flow-Batterien nun deutlich senken. Hergestellt und vermarktet werden die neuartigen Batterien vom Fraunhofer-Spin-Off Volterion.

Redox-Flow-Batterien bisher zu teuer

Leistungsfähige Batteriesysteme werden in Zukunft überall benötigt. So ist das Stromnetz beispielsweise nicht für Schnellladestationen mit 350 Kilowatt ausgelegt, teilte das Fraunhofer Institut Umsicht mit. Zudem ist nicht überall dort, wo Schnellladestationen sinnvoll wären, ein Stromnetz vorhanden. Lithium-Ionen-Akkus eignen sich für solcherlei Anwendungen wegen der geringen Zyklenfestigkeit nur bedingt. Redox-Flow-Batterien sind dagegen im Vorteil: Sie bieten eine große Zyklenfestigkeit und sind zudem nicht brennbar, recycelfähig und ihre Kapazität und Leistung lässt sich gut anpassen. Sie eignen sich daher insbesondere für Anwendungen, bei denen die Batterie stark gefordert wird. Das Problem: bisher waren sie schlichtweg zu teuer.

Neue Redox-Flow-Batterien in der gleichen Preisklasse wie Lithium-Ionen Akkus bei höherer Lebensdauer

Forscher des Fraunhofer Umsicht in Oberhausen konnten die Kosten der Batterien nun deutlich senken. Hergestellt und vermarktet werden die neuartigen Redox-Flow-Batterien vom Fraunhofer-Spin-Off Volterion. Für die hohen Kosten der Redox-Flow-Batterien waren bisher die Stacks verantwortlich. "Wir konnten das Gewicht der Stacks auf zehn Prozent reduzieren und somit auch deren Kosten erheblich senken", erläutert Dr. Thorsten Seipp, ehemals Wissenschaftler am Fraunhofer Umsicht und nun Geschäftsführer bei Volterion. "Während herkömmliche Stacks oftmals pro einzelne Zelle acht bis zehn Millimeter dick sein müssen, kommen wir mit einer Stackdicke von zwei bis drei Millimetern aus." Die neuartigen Redox-Flow-Batterien liegen durch diese Materialersparnis in der gleichen Preisklasse wie Lithium-Ionen-Akkus, halten aber mehr als doppelt so lange. Das heißt: Sie werden erstmalig für zahlreiche Anwendungen rentabel.

Umsicht: Der Clou liegt in der Materialentwicklung

Üblicherweise bestehen die Stacks aus einer Graphit-Kunststoff-Mischung. Durch die Verarbeitung büßen die Materialien ihre polymeren Eigenschaften allerdings ein. Das Problem: Die langen Polymerketten werden zerstört, das Material verliert seine Flexibilität und auch einen Teil seiner Stabilität. Zudem lässt es sich nicht verschweißen, sondern muss mit Dichtringen versehen und verschraubt werden. "Wir haben das Material und den Herstellungsprozess am Fraunhofer Umsicht so angepasst, dass die polymeren Eigenschaften erhalten bleiben. Das heißt: Das Material bleibt stabil und flexibel, kann somit erheblich dünner ausgelegt werden und die Stacks lassen sich miteinander verschweißen. Schnell verschleißende Dichtungsringe sind unnötig", so Seipp. Das lässt die Stacks nicht nur kostengünstiger, sondern auch deutlich robuster werden.

Weitreichende Einsatzmöglichkeiten der neuen Redox-Flow-Batterien

Die neuartigen Redow-Flow-Batterien werden bereits u.a. in einer Kläranlage eingesetzt. Dort wird Strom aus Methan produziert, künftig ist vorgesehen, dass auch Photovoltaikanlagen zur Energieerzeugung beitragen. Hier soll eine 100-Kilowatt-Batterie gleich zweierlei Schwankungen ausgleichen: Die der Stromerzeugung und die des Stromverbrauchs. Somit kann die Kläranlage künftig ihren gesamten Energiebedarf selbst decken. Derzeit arbeiten das Fraunhofer Umsicht und Volterion daran, die Kosten für die Batterien noch weiter zu senken. Auch wollen sie die Größen der Anwendungen skalieren: Momentan sind die Batterien auf 100 bis 300 Kilowatt ausgelegt, künftig sollen sie auch im Megawattbereich nutzbar sein.

Quelle: IWR Online

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