Ein internationales Forscherteam unter Leitung des Instituts für Strömungsdynamik am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickelt derzeit an einer Speicherlösung, die auf flüssigem Natrium und Zink basiert. Die beiden verflüssigten Metalle diesen dabei als Elektroden. Diese sind getrennt durch zwei Salzschichten. Die Salzschicht, die sich an die Natriumelektrode anschließt, enthält Natriumionen und die Schicht auf der Zinkseite enthält Zinkionen. Die Salzschichten und die Metallelektroden werden bei einer Temperatur von mehreren hundert Grad Celsius geschmolzen und sind nur durch eine halbdurchlässige Membran aus Keramikschaum voneinander getrennt.
Lithiumvorkommen sind begrenzt
Der Vorteil dieser Lösung ist, dass die Elektroden- und Elktrolymaterialien preiswerter sind. „Sicherlich gibt es schon überzeugende Lösungen, erklärt Tom Weier vom HZDR und einer der Forschungsleiter. „Systeme mit Lithiumionenbatterien funktionieren grundsätzlich gut, sind allerdings sehr ressourcenintensive im industriellen Maßstab.” Denn die Lithiumvorkommen seien sehr begrenzt und abbauwürdige Lagerstätten rar. „Zudem bestehen die Lithiumionen-Batterien aus vielen kleinen Zellen. Die aktiven Materialien, die eigentlich die Energie speichern, sind in viele kleine Einheiten unterteilt”, erklärt Weier. „Außerdem sind Verbindungen und Steuerungen notwendig, um Batterien und Batteriestacks daraus zu fertigen.
Seltene Materialien vermeiden
Das ist bei der Nutzung von Zink und Natrium anders. So liegt Natrium mit etwa 2,8 Prozent im Ranking der häufigsten Elemente in der Erdkruste auf Platz sechs. Zink ist mit 0,012 Prozent Anteil an der Erdkruste zwar seltener als Natrium, aber immer noch häufiger als Lithium vorhanden. Zudem ist es weltweit – auch in Europa – vorhanden und nicht auf einige wenige Lagerstätten begrenzt.
Der heiße Großspeicher
Die Forscher arbeiten derzeit an zwei Systemen, die mit unterschiedlichen Temperaturen arbeiten. In einem System, das bei einer Temperatur von 600 Grad Celsius arbeitet, sind die Elektroden und die Salze geschmolzen. „Unsere norwegischen Partner haben mit dieser Versuchsanordnung experimentiert und bestätigt, dass es grundsätzlich funktioniert”, erklärt Norbert Weber vom HZDR. Er leitet zusammen mit Tom Weier das Forschungsprojekt. „In diesen Systemen wird die Energie in der Größenordnung von mehreren Megawattstunden eingespeichert, was sie vor allem für industrielle Anwendungen sehr interessant macht.”
Feste Elektrolyte für den Heimspeicher
Das zweite System, das die Forscher im Blick haben, arbeitet bei einer Temperatur von 300 Grad Celsius. Hier sind die Elektroden ebenfalls flüssig, aber die Elektrolyte fest. „Diese Batterie kann man sich sogar als Heimspeicher mit einer Kapazität von einigen Kilowattstunden vorstellen”, sagt Weber. Die Schweizer Wissenschaftler, die bisher an dieser Technologie arbeiten, nutzen als Elektrolyt Nickelchlorid. „Wir wollen das Nickelchlorid durch Zinkchlorid ersetzen”, sagt Weber.
Bis zur Marktreife entwickeln
Noch ist die Technologie aber im Labormaßstab. Das Ziel des Projekts namens Solstice ist es aber, innerhalb der nächsten vier Jahre beide Technologien so weitererzuentwickeln, dass sie bis dahin in einer realistischen Umgebung funktionieren. Da das zweite System auf bisher schon erprobten Technologien basiert, gehen die Forscher davon aus, dass gute Chancen bestehen, diese innerhalb der Laufzeit des Projekts sogar zur Marktreife weiterzuentwickeln. (su)
Zum Weiterlesen:
Bloomberg: Batteriepreise fallen in diesem Jahr um 13 Prozent
DLR entwickelt kobaltfreie Batterien für Elektroautos
Für Abonnenten:
