Fraunhofer-UMSICHT und Spin-Off Volterion senken Kosten für Redox-Flow-Batterien

Die Branche forscht eifrig an Alternativen zu Lithium-Ionen-Speichersystemen. Ein viel versprechender Ansatz sind Redox-Flow-Batterien, die bislang allerdings als teuer und nur bedingt geeignet für den Einsatz im Heimbereich. Das 2015 genau zur Verbesserung dieser Aspekte gegründete Spin-Off des Fraunhofer-UMSICHT, Volterion, kann nun Fortschritte vermelden. So seien die neuartigen Redox-Flow-Systeme mittlerweile im Preisbereich von Lithium-Ionen-Batterien angekommen, hätten aber den Vorteil einer längeren Haltbarkeit. Die Frauhofer-Forscher sprechen davon, dass sie aufgrund ihrer hohen Zyklenfestigkeit doppelt so lange halten.

„Wir konnten das Gewicht der Stacks auf zehn Prozent reduzieren und somit auch deren Kosten erheblich senken“, erklärte Thorsten Seipp, ehemals Wissenschaftler am Fraunhofer UMSICHT und nun Geschäftsführer bei Volterion. „Während herkömmliche Stacks oftmals pro einzelne Zelle acht bis zehn Millimeter dick sein müssen, kommen wir mit einer Stackdicke von zwei bis drei Millimetern aus.“ Mit diesen Fortschritten seien die Redox-Flow-Batterien seien erhebliche Materialersparnisse verbunden, die sie in die Preisklasse von Lithium-Ionen-Batterien bringen.

In den Stacks, auch Zellstapel genannt, wird der zu speichernde Strom in chemische Energie umgewandelt. Zudem bestehen die Redox-Flow-Systeme noch aus Elektrolytflüssigkeit, die die chemische Energie speichern. Dabei seien von den Forschern auch die Materialen weiterentwickelt worden. Bisher bestehen die Stacks meist aus einer Graphit-Kunststoff-Mischung, wobei die Materialien durch die Verarbeitung ihre polymeren Eigenschaften verlieren. Sie ließen sich zudem nicht verschweißen, sondern mussten mit Dichtringen versehen und verschreubt werden. „Wir haben das Material und den Herstellungsprozess am Fraunhofer UMSICHT so angepasst, dass die polymeren Eigenschaften erhalten bleiben. Das heißt: Das Material bleibt stabil und flexibel, kann somit erheblich dünner ausgelegt werden und die Stacks lassen sich miteinander verschweißen“, erklärt Seipp die Verbesserung..

Mit den nun erzielten Kostensenkungen würden Redox-Flow-Anwendungen erstmalig für verschiedene Anwendungen rentabel, wie es vom Fraunhofer-UMSICHT weiter heißt. Die Wissenschaftler führen das Beispiel einer Kläranlage an. Dort soll der Strom künftig nicht nur aus Methan, sondern auch aus einer Photovoltaik-Anlage produziert werden. Eine 100-Kilowatt-Redox-Flow-Batterie könne in diesem Fall sowohl die Schwankungen bei der Stromerzeugung als auch den Verbrauch ausgleichen. So könnte eine Kläranlage ihren kompletten Energiebedarf selbst decken. Ein anderes Anwendungsbeispiel sei bei MRT-Scannern in Krankenhäusern, wo sich der Einsatz von Redox-Flow-Batterien lohnen könnte. »Jedes MRT-Gerät hat eine Leistung von 200 Kilowatt – sollen drei oder vier Geräte gleichzeitig laufen, ist die Leitung schnell überlastet“, sagt Seipp. Da die Geräte in der Regel nur jeweils für kurze Zeit die Leistung bräuchten, sei ein Speichersystem die günstigere Alternative als ein Ausbau der Leitungen. Redox-Flow-Batterien seien besonders geeignet, da sie viele Be- und Entladezyklen täglich problemlos meistern würden.

Für die Zukunft haben sich die Fraunhofer-Forscher und Volterion eine weitere Kostensenkung vorgenommen. Zudem wollen sie die Größen der Anwendungen skalieren. Bisher seien die Systeme auf 100 bis 300 Kilowatt ausgelegt, künftig sollten sie auch im Megawatt-Bereich nutzbar sein, hieß es weiter.