Batterien im Fluss

Der Klassiker unter den wiederaufladbaren Zellen ist der Bleiakkumulator, zum Beispiel als Autobatterie. Er ist preiswert und verhältnismäßig robust. Aber er hat auch einen Nachteil: Seine Kapazität ist begrenzt. Ein Akku kann immer nur eine ganz bestimmte Menge an Energie aufnehmen, bis er komplett geladen ist. Für die Ernte von Sonnenenergie bietet er sich also weniger an, so Dr. Andreas Jossen vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung in Ulm.

"Wenn man jetzt an ein Solarsystem denkt, dann würde man ja gerne die Energie, die man im Sommer im Überschuss hat und dort nicht braucht, in den Winter retten, wo man einen höheren Verbrauch hat, aber eine geringere Einstrahlung. Und da wäre dann eben der Gedanke, dass man einen relativ großen Speicher mit einer relativ kleinen Leistung bauen könnte."

Und dafür eignet sich eine andere Art von Batterie, die Redox-Flow-Zelle. Redox steht für Reduktion und Oxidation. Das sind die beiden chemischen Prozesse, aus denen jede Batterie ihre Energie schöpft. Das besondere hier aber ist der Flow, der Fluss. Während beim Blei-Akku zwei feste Stoffe die Energie liefern, nämlich Blei am Minus-Pol und Blei-Dioxid am Plus-Pol, sind es bei der Flow-Batterie zwei unterschiedliche Flüssigkeiten, zum Beispiel in Säure aufgelöste Metallsalze. Nur ein ganz kleiner Teil davon befindet sich in der Batteriezelle selbst, der Rest in zwei Tanks vor der Batterie. Von dort fließen die Lösungen langsam in die Zelle hinein, durch eine Membran voneinander getrennt, in zwei Kammern, plus und minus. Sie geben die Energie ab, die in ihnen gespeichert ist, und verlassen die Zelle wieder auf der anderen Seite. Dort werden sie aufgefangen und können wieder geladen werden, zum Beispiel mit Hilfe von Sonnenenergie. Allein die Menge der Salzlösungen bestimmt, wie viel Energie das System sammeln und wieder spenden kann: große Tanks - viel Energie.

"Das heißt, sie können die nicht in 10, sondern in 100 oder vielleicht gar 1000 Stunden oder eben beim saisonalen Speicher über 100 Tage aufladen."

Vom Prinzip und vom Aufbau her ähnelt ein Redox-Flow-System daher weniger einer klassischen Batterie, sondern eher einer Brennstoffzelle. Bei ihr reagieren die beiden Gase Wasserstoff und Sauerstoff miteinander und liefern so Strom, beispielsweise als Antrieb in einem Wasserstoffauto. Daher liegt es auch nahe, die Flow-Batterie nicht nur für ortsfeste Energiespeicher zu verwenden, sondern auch für mobile Anwendungen.

"Und damit könnte man ein Elektroauto zum Beispiel betreiben. Sie würden diese Flüssigkeiten laden in einem stationären System, also in einer Tankstelle, einer Regenerationsstelle, und diese Flüssigkeiten würden Sie dann ins Auto tanken, ins Fahrzeug und würden sie dort im Fahrzeug entladen, und wenn Sie dann wiederkommen, die Flüssigkeiten wieder austauschen. Und damit hätten Sie eine Batterie, die Sie innerhalb einer Minute etwa komplett aufladen können."

Ob nun als Antrieb für Elektroautos oder als jahreszeitlicher Energiespeicher für Photovoltaik: Ob sich die Technik durchsetzen wird, hängt natürlich auch davon ab, wie viel sie kostet, sagt Maria Skyllas-Kazacos, Professorin an der University of New South Wales in Sydney, Australien. Sie hat die Vanadium-Flow-Batterie erfunden, die mit unterschiedlich geladenen Salzen dieses Metalls arbeitet. Vanadium dient normalerweise zum Härten von Stahl oder als Bestandteil von Katalysatoren. Sein Preis hängt also stark vom Weltmarkt ab.

"Das Vanadium ist für uns die Herausforderung gewesen. Sein Preis ist ja von der boomenden Wirtschaft in China beeinflusst worden. Aber wir konnten zeigen, dass wir trotz des hohen Preises ganz akzeptable Kosten für unsere Systeme haben, besonders bei so genannten Insel-Lösungen, für die Energiespeicherung unabhängig von einem Stromnetz, in entlegenen Gebieten, wo wir beispielsweise mit Dieselgeneratoren konkurrieren müssen."

Daher glaubt Maria Skyllas-Kazacos auch, dass sich die Flow-Batterien zuerst einmal in Entwicklungsländern durchsetzen werden.