goldinvest.de Batterien - Die Wiedergeburt der Redox-Flow-Technologie

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Gastautor: GOLDINVEST.de
04.02.2021, 14:24  |  272   |   

Lithiumbatterien und der Boom der Elektromobilität sind in aller Munde. Eine andere Art des Energiespeichers ist aber mindestens ebenso interessant.

Den erneuerbaren Energien gehört die Zukunft, das scheint unbestreitbar. Wer aber eine stabile Stromversorgung aus Wind- und Sonnenkraft garantieren will, weil immer mehr umweltschädliche Kohle- und Atomkraftwerke vom Netz genommen werden, der muss über entsprechende Speichermöglichkeiten nachdenken. Denn Solar- und Windkraftanlagen produzieren naturgemäß einmal mehr und einmal weniger Energie. Überschüssiger Strom muss deshalb gespeichert werden, bis er benötigt wird. Das könnte die Stunde der Redox-Flow- oder Flüssigbatterie sein.

Die Redox-Flow-Technologie wurde Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelt. Sie setzte sich jedoch zunächst nicht durch. Erst seit der globale Klimawandel mit seinen verheerenden Folgen Staaten und Unternehmen weltweit dazu zwingt, umzusteuern und bei der Produktion möglichst kein weiteres schädliches Kohlendioxid in die Luft zu blasen, gerät die Technologie wieder in den Blickpunkt. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien können die Flüssigbatterien große Mengen Energie aufnehmen.

Das Prinzip: die Redox-Flow-Zelle speichert Strom in elektrisch leitenden Flüssigkeiten, in der Regel Vanadiumverbindungen in wässrigen Lösungen, deshalb auch die Bezeichnung Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Diese sogenannten Elektrolytlösungen befinden sich in zwei separaten Tanks. Nur zum Be- oder Entladen werden sie durch die eigentliche Batteriezelle gepumpt. Beim Laden wird elektrische in chemische Energie umgewandelt. Beim Entladen kehrt sich der Prozess um: Chemische wird zu elektrischer Energie. Während herkömmliche Batterien in sich abgeschlossene Einheiten mit einer festgelegten Speichergröße sind, können Flüssigbatterien durch zusätzliche Tanks problemlos erweitert werden. Denn je größer die Flüssigkeitsmenge ist, desto mehr Energie kann gespeichert werden.

Ein weiterer Vorteil der Redox-Flow-Batterien ist ihre lange Lebensdauer. Sie halten 15 bis 20 Jahre und können beliebig oft ge- und entladen werden. Außerdem lassen sie sich gut recyclen. Ins Gewicht fällt ferner, dass sie ohne die problematischen und teuren Rohstoffe Lithium und Kobalt auskommen. Bei der Gewinnung von Lithium werden bekanntlich riesige Mengen Wasser verbraucht, und Kobalt wird im Kongo unter menschenverachtenden Bedingungen abgebaut. Außerdem punktet die Redox-Flow-Technologie durch ihre Betriebssicherheit. Die Batterie ist nicht brennbar und kann auch nicht explodieren. Aber, und das ist ein Nachteil, in der Regel brauchen Redox-Flow-Batterien viel Platz.

Obwohl in Deutschland entwickelt, hat Asien die Nase auch bei der Redox-Flow-Technologie vorn. In China und Japan werden jetzt schon in der Nähe von Windparks riesige Flüssigbatterien gebaut, die den überschüssigen Strom aufnehmen und bei Bedarf ins Netz einspeisen. Im chinesischen Dalian entsteht die größte Vanadium-Redox-Flow-Batterie der Welt mit einem Ertrag von 800 Megawattstunden. Damit hat China dem Oldenburger Energieversorger EWE den Rang abgelaufen, der in unterirdischen Salzkavernen in Ostfriesland einen Energiespeicher in vergleichbarer Größe für überschüssigen Windstrom bauen will. Dieser könnte alle 1,8 Millionen Haushalte Berlins eine Stunde lang mit Strom versorgen, so der ehrgeizige Plan. Doch das Projekt, das ursprünglich 2023, dann 2025 in Betrieb genommen werden sollte, liegt auf Eis. Es gebe technische Schwierigkeiten, heißt es.

In Betrieb ist dagegen schon eine Redox-Flow-Batterie auf dem Gelände des Fraunhofer-Instituts in Pfinztal bei Karlsruhe. Die Tanks fassen 650 000 Liter Elektrolyte. Der Speicher übernimmt die Stromversorgung, wenn sich der Rotor des Zwei-Megawatt-Windrads, das direkt daneben steht, bei Windstille nicht mehr dreht. Die gespeicherte Energie reicht aus, um das gesamte Institutsgelände, das in etwa so viel Strom wie ein Dorf mit 4 000 Einwohnern verbraucht, zehn Stunden lang mit Energie zu versorgen. Die Wissenschaftler wollen mit dieser Anlage herausfinden, ob eine dezentrale Energieversorgung von Dörfern, Kleinstädten oder auch Unternehmen ohne Anschluss an eines der großen Stromnetze zuverlässig möglich ist.

Technische Fortschritte könnten mobile VRFB ermöglichen

Die kanadische VanadiumCorp Resources (WKN A1W9KM / TSXV VRB) möchte mithelfen, die Leistungsfähigkeit von Vanadium Redox-Flow-Batterien zu verbessern und hat dazu zusammen mit einer deutsch-australischen Allianz von Wissenschaftlern der University of New South Wales (UNSW) Sydney und des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie (ICT) in Deutschland, eine trilaterale Initiative unter dem Titel CENELEST-VanadiumCorp (CENELEST-VRB) gebildet. Das erklärte Ziel von CENELEST-VRB ist die Entwicklung eines Batterie-Elektrolyten mit höherer Energiedichte.

Die CENELEST-VRB-Forschung dreht sich im Kern um das Potenzial von Vanadiumbromid (V-Br) als Elektrolyt. Ein V-Br-Elektrolyt mit höherer Energiedichte sowie Fortschritte in der Stack-Architektur könnten das Zwei- bis Dreifache der Energiemenge einer herkömmlichen VRFB liefern, hoffen die Wissenschaftler. Die Arbeiten zu diesem Thema wurden und werden sowohl an der University of New South Wales als auch am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Deutschland durchgeführt. Alle drei Parteien steuerten Technologien und Know-how für das Projekt bei.

Der V-Br-Elektrolyt besitzt nach Auffassung der beteiligten Parteien das Potenzial für einen revolutionären Fortschritt in der VFRB. Die höhere Energiedichte würde durch die damit mögliche Verkleinerung der Batterie bei gleicher Leistungsfähigkeit insbesondere mobile Anwendungen für Schwerfahrzeuge, Züge, Schiffe und viele andere Anwendungen ermöglichen. Die sichere und langlebige „Null-Emissions“-Elektrochemie der VRFB bliebe erhalten. VFRB könnten dank V-Br-Elektrolyt auch solche Anwendungen erschließen, die bisher nur mit Lithium-Ionen-Batterien möglich waren.

VanadiumCorp will im Q1 2021 die Fortschritte bei der Elektrolyt- und Vanadiumzelle präsentieren

Die von VanadiumCorp-CENELEST im Jahr 2020 durchgeführten Arbeiten umfassen die Formulierung des V-Br-Elektrolyten, die Charakterisierung der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Elektrolyten, die Materialauswahl der Zellkomponenten und die Prüfung der Zellleistung. VanadiumCorp wird im ersten Quartal 2021 die Fortschritte bei der Elektrolyt- und Vanadiumzelle präsentieren. Die V-Br-Arbeit folgt der bahnbrechenden Forschung, die UNSW Engineering seit den 1980er Jahren zu VFRB durchgeführt hat. Dort arbeitete auch die inzwischen emeritierte Professorin Maria Skyllas-Kazacos, die als Erfinderin der VFRB gilt. Frau Skyllas-Kazacos ist seit 2011 auch Mitglied des Beirats von VanadiumCorp.

Seit 2017 arbeiten das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT) und die University of New South Wales (UNSW) als Allianz eng zusammen, um die Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeichersysteme zu intensivieren und ein gemeinsames internationales Forschungszentrum für stationäre Energiespeicherung (CENELEST) an der UNSW in Sydney, Australien, aufzubauen.

Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, die Weltklasse-Expertise im Bereich der Redox-Flow-Batterien zu bündeln und gleichzeitig andere Arten von Batterien und Brennstoffzellen zu entwickeln, um das gesamte Spektrum des Bedarfs an elektrochemischer Energiespeicherung abzudecken.

Fazit:

Man darf also gespannt sein auf das Jahr 2021 bei Vanadiumcorp Resources! Nicht nur, dass man auf dem Vanadium-Projekt Lac Doré mit einer eigenen, umweltschonenden Technologie zum Vanadiumproduzenten werden könnte, auch Fortschritte bei der Entwicklung neuartiger VRF-Batterien dürften veröffentlicht werden. Uns scheint, dass Vanadiumcorp Resources jetzt an einem entscheidenden Punkt der Entwicklung steht, der das Unternehmen und die Aktie in ganz andere Sphären führen könnte! Wir werden weiter über diese sehr spannende, aber in diesem Stadium natürlich auch sehr riskante Story berichten.

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