Hochtemperatur-Batterien sollen mehr Kapazität bringen

Die Stromerzeugung aus Windkraft- und Solaranlagen schwankt stark und ist deshalb nicht an den Stromverbrauch gekoppelt. Der Ausbau erneuerbarer Energien ist daher darauf angewiesen, große Energiemengen zu speichern und schnell wieder bereit zu stellen.

Neuartige Hochtemperatur-Batterien auf der Basis von Metall-Metalloxid-Verbindungen könnten hierfür eine interessante Alternative sein. Sie versprechen Speicherdichten, die über jenen von Lithiumionen-Batterien liegen. In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 4,5 Millionen Euro geförderten Projekt MeMO erforschen Jülicher Wissenschaftler das Potenzial und die Grenzen dieses neuen Batterietyps. Der Parlamentarische Staatssekretär im BMBF, Thomas Rachel MdB, hat heute zum Projektstart das Forschungszentrum Jülich besucht.
Für Elektrofahrzeuge sind Lithiumionen-Batterien aktuell erste Wahl, die für den Einsatz bei Umgebungstemperaturen optimiert sind. Aber wenn es darum geht, Schwankungen der Stromversorgung im großen Maßstab aufzufangen, sind andere Aspekte – in erster Linie Kosten, Sicherheitsfragen und Umweltverträglichkeit – von größerer Bedeutung. Die im Projekt erforschte neue Klasse von Hochtemperatur-Batterien bietet daher eine bisher kaum verfolgte, vielversprechende Option für Speicher mittlerer und großer Kapazität.
„Metall-Metalloxid-Speicher, wie sie das Forschungszentrum Jülich erforscht, versprechen ein großes Speicherpotenzial und hohe Lade- und Entladeströme bei kurzen Ansprechzeiten. Die Wissenschaftler schaffen damit neue technische Optionen, um den Stromanteil aus erneuerbaren Energien zu steigern, wie es das Energiekonzept der Bundesregierung vorsieht“, sagt der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Thomas Rachel.
In dem jetzt gestarteten Projekt arbeiten Jülicher Wissenschaftler aus dem Institut für Energie- und Klimaforschung daran, wichtige technologische Fragen zu beantworten. „MeMO verfolgt den für Jülich typischen ganzheitlichen Ansatz, von werkstoffwissenschaftlichen Aspekten über die Prozessentwicklung bis hin zu dem Test und der Bewertung des Gesamtsystems. Die Erkenntnisse werden zum Aufbau einer Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur genutzt, die der Industrie zukünftig für eine rasche Kommerzialisierung zur Verfügung stehen soll“, erläutert Prof. Harald Bolt, Mitglied des Vorstands des Forschungszentrums Jülich.
Die infrage kommenden Materialien sind kostengünstig verfügbar, nicht explosiv und nicht – oder höchstens leicht – giftig. Sie zeichnen sich durch ein hohes Maß an Sicherheit bei der Herstellung, dem Betrieb und dem späteren Recycling aus. Untersucht wird die Kombination aus Eisen und Eisenoxid sowie eine Reihe weiterer Metalle und Legierungen. Sie lassen Speicherdichten erwarten, die mit etwa 1000 Wh/kg deutlich höher sind als die von derzeitigen Lithiumionen-Batterien, die bei rund 200 Wh/kg liegen. Ein weiterer Vorteil: Der Reaktionspartner ist Sauerstoff und kann beim Entladen der natürlichen Umgebung entzogen und an diese beim Laden einfach wieder zurückgegeben werden.
Das Vorhaben knüpft direkt an die umfangreichen Arbeiten des Forschungszentrums Jülich im Bereich Brennstoffzellen an. Eine Komponente, der sogenannte Festelektrolyt von planaren Hochtemperatur-Brennstoffzellen (SOFC), wird auch für die Batterie genutzt. Der Elektrolyt spielt eine Schlüsselrolle für den Sauerstofftransport und trennt in der Batterie die sauerstoffhaltige Luft auf der einen vom Metallpulver auf der anderen Seite. In der Brennstoffzelle befördert er den Sauerstoff zum Wasserstoff. In der Batterie transportiert er den Sauerstoff dagegen in beide Richtungen und regelt so die Oxidations- und Reduktionsvorgänge von Sauerstoff und anliegendem Metall.
„Eine besondere Herausforderung stellt die Herstellung geeigneter Speichermaterialien dar. Werkstoffe und Mikrostruktur müssen der Betriebstemperatur dauerhaft standhalten, die im Extremfall bei über 800 Grad Celsius liegen kann, und die ständigen Oxidations- und Reduktionswechsel überstehen. “ erklärt Projektkoordinator Dr. Norbert Menzler vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung. Feinkörnige Metallpulver neigen bei hohen Temperaturen zum Zusammensintern, wodurch sich die Oberfläche drastisch verkleinert und Lade- und Entladeströme rasch abnehmen. „Durch Beimengen anderer Stoffe, beispielsweise von Keramiken, werden wir versuchen, dieses Zusammenbacken zu verhindern oder zu minimieren. Auch niedrigere Betriebstemperaturen von 550 bis 600 Grad schwächen den Effekt ab“, so Menzler. Dafür werden deutlich leistungsfähigere Werkstoffe benötigt, die durch Forschungsarbeiten zur Herstellung von Nano- und Mikropulvern bis hin zu neuen Herstellungs- und Beschichtungsverfahren entwickelt werden sollen.

Kommentare

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  1. Nostradamus sagt:

    Die einzigste und BESTE ENERGIE ist nun einmal buchstäblich einfaches

    WASSER H2O

    das bei uns in rauhen Mengen buchstäblich den Bach runter fliesst ! Das bräuchten wir auch nicht zu importieren, dieses Wasser das vom Himmel fällt wird auch nicht an der BÖRSE gehandelt !

    Wie schön wäre es dieses schöne Wasser einfach in den Tank zu kippen um damit eine runde um den Ort zu düsen einfach nur mit Wasser.

    Dieser herrliche Wasserstoff (H) verbrennt mit 3000 Grad, schädigt keine Umwelt, stößt kein sogenanntes CO² aus – einfach das BESTE was man in den Tank kippen könnte.

    Da müsste man doch mal ganz genau überlegen, wie man das Wasser für seine eigenen Zwecke nutzen könnte !
    Herstellen des benötigten Wasserstoffs während des Betriebes nur genau so viel wie gerade benötigt wird – keinen Tank füllen da müsste man ja wieder eine Tanke anfahren und dieses System kennen wir bereits schon!

    Braungas also Knallgas Zufuhr gibts ja schon – kann man alles googeln.

    Also überlegen wir halt mal ganz genau wie man dies denn anstellen könnte.

    In den U.S.A. hat mal einer seinen V8 auf Pressluftbetrieb umgebaut – teure Variante – oder ein anderer fährt mit Walnußschalen mit Holzvergaser der ist jedoch in Deutschland verboten !

    Viele Wege führen nach Rom wir werden ihn noch finden den Richtigen Weg.

    • Randlos sagt:

      Wasserstoff verbrennt wieder zu Wasser. Also ein Kreislauf der kein Wirtschaftswachstum erzeugen kann, und das brauchen wir.

      Stellen sie sich mal folgendes vor:
      In einem Sonnenreichem Land wird Wasserstoff erzeugt, in ein Schiff gefüllt und bei uns zu Strom verbrannt, damit das Schiff nicht leer zurück fährt nimmt es gleich Süsswasser mit.
      Wenn man das im grossen Stil aufzieht kann es nicht teurer sein als das endliche Öl, dass wir gerade verheizen.