Erneuerbare Energien sind zwar sauber und auch auf dem Vormarsch, haben aber weiter ein großes Problem: Sie stehen zum größten Teil nur unregelmäßig zur Verfügung. Sonnenenergie kann der Logik halber nur produziert werden, wenn auch Sonnenschein auf die Solarzellen trifft, und auch Wind ist nur bedingt zuverlässig. Wenn die Stromnetze im großen Stil auf erneuerbare Energien umgestellt werden sollen, werden Speichersysteme benötigt werden, die überschüssige Energie speichern und diese bereitstellen, wenn der Energiebedarf die aktuelle Produktion übersteigt. Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben einen neuartigen Flow-Akku entwickelt, der die Kosten dieser Speichersysteme um etwa vier Fünftel senken könnte.


Bild: Felice Frankel/MIT

 Neuartiger Akku verwendet günstige Materialien

Es handelt sich um einen Flow-Akku mit flüssiger Anode und Kathode (Anolyt und Katholyt), zwischen denen Ionen hin und her geschickt werden um Energie zu speichern und wieder freizugeben. Der Anolyt des Akkus besteht aus in Wasser gelöstem Schwefel. Die Suche nach einem entsprechend geeigneten Material für den Katholyt führt die Forscher zu einer mit Sauerstoff angereicherten Salzlösung.

„We went on a search for a positive electrode that would also have exceptionally low cost that we could use with sulfur as the negative electrode. Through an accidental laboratory discovery, we figured out that it could actually be oxygen, and therefore air. We needed to add one other component, which was a charge carrier to go back and forth between the sulfur and air electrode, and that turned out to be sodium“, so Yet-Ming Chiang, ein Koautor der Studie.


 20 bis 30 Dollar Kosten pro Kilowattstunde

Die Forscher verfolgten mit ihrer Batterie einen cleveren Ansatz, bei dem der Katholyt Luft einzieht, während der Akku entladen wird und Luft abgibt, während der Akku geladen wird. Dieser Mechanismus produziert negativ geladene Hydroxidionen beim Entladen und wandelt diese wieder in Wasserstoffionen um, wenn der Katholyt den Sauerstoff beim Laden abgibt.

This battery literally inhales and exhales air, but it doesn’t exhale carbon dioxide, like humans — it exhales oxygen. What this does is create a charge balance by taking oxygen in and out of the system“, so Chiang weiter.

Lithium-Luft-Akkus nutzen den selben Mechanismus. Aber mit Schwefel, Wasser und Salz kommen bei dem Anolyt und dem Katholyt der MIT-Batterie deutlich günstigere Materialien zum Einsatz. Die Reduzierung der Herstellungskosten ist ein wesentlicher Faktor, wenn es darum geht, Energiespeichersysteme für den Einsatz am Stromnetz zu skalieren. Die Forscher des MIT sagen, dass ihr Akku auch deutlich geringere Betriebskosten hätte als vergleichbare Systeme mit Lithium-Ionen-Akkus. Das Team schätzt, dass die Kosten für die Energiespeicherung mit ihrem Flow-Akku etwa 20 bis 30 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten würde. Andere Systeme liegen bei etwa 100 US-Dollar.

Der Prototyp, den die Forscher konstruiert haben, ist etwa so groß wie ein Kaffeebecher, aber das Team ist zuversichtlich, dass sich das System nahezu beliebig hochskalieren lässt. Momentan arbeiten die Wissenschaftler daran, die Batterie effizienter und kostengünstiger zu machen. Außerdem soll die Betriebszeit von etwa 1.500 Stunden noch deutlich gesteigert werden.

via MIT

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