Projekt „Solstice“: HZDR entwickelt Speichersystem auf Basis von flüssigem Natrium und Zink

Im Januar startete das Projekt „Solstice“ – zu Deutsch Sonnenwende – am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Das dortige Institut für Fluiddynamik gehört zu einem internationalen Team, dass die Stromspeicher auf der Basis von flüssigem Natrium und flüssigem Zink entwickeln und zur Anwendungsreife bringen soll. Insgesamt sind neun Forschungsinstitute und drei Unternehmen beteiligt. Das auf vier Jahre angelegte Projekt wird über das EU-Programm „Horizon 2020“ mit acht Millionen Euro gefördert.

Die Speichersysteme sind vor allem für die industrielle Anwendung gedacht. „Flüssige Metalle und geschmolzene Salze, mehrere hundert Grad Celsius heiß und nur getrennt von einer halbdurchlässigen Membran, könnten stromintensive Industrien in das regenerative Zeitalter führen“, heißt es von dem sächsischen Institut. Damit könnten große Mengen an Strom aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen gespeichert werden. „Eine wirklich überzeugende Lösung gibt es dafür aber bisher nicht“, sagt Tom Weier vom HZDR-Fachbereich Magnetohydrodynamik. „Systeme mit Lithium-Ionen-Akkus funktionieren zwar prinzipiell, wären im industriellen Maßstab aber eine Ressourcenverschwendung.“

Daher müssten nun Post-Lithium-Technologien entwickelt werden, die diese Lücke füllen. Der Lithiumvorrat sei begrenzt und die Lagerstätten weiträumig verteilt. Außerdem sind die heutigen Lithium-Ionen-Akkus aus vielen kleinen Batteriezellen aufgebaut. „Das Aktivmaterial, das uns zur Energiespeicherung dient, ist dabei in kleinen Portionen verpackt“, erklärt Weier. „Diese müssen dann auch noch miteinander verdrahtet werden. Zusammen verbraucht das eine große Menge Konstruktionsmaterial.“

Das HZDR will daher einen anderen Weg einschlagen. „Bei den Aktivmaterialien setzen wir auf Natrium und Zink“, ergänzt Kollege Norbert Weber. Natrium sei in großen Mengen verfügbar. Zink sei zwar etwas seltener, aber die verfügbaren Ressourcen weltweit seien noch enorm – gerade verglichen mit den Lithiumvorkommen. Zudem verfüge auch Europa über eigene aktive Zinkminen, während Lithium vor allem aus China, Australien oder Chile importiert werden müsse.

Das internationale Forscherteam will zwei verschiedene Systeme entwickeln, wie es weiter hieß. Eines soll bei 600 Grad Celsius arbeiten, das andere bei 300 Grad Celsius. „Beim ersten System sind sowohl die Elektroden als auch der Elektrolyt flüssig“, so Weber weiter. „Unsere norwegischen Partner haben bereits mit diesem Aufbau experimentiert und die Funktionstüchtigkeit des Prinzips nachgewiesen.“ Mit dieser Lösung ließen sich Photovoltaik und Windkraft im Megawattstunden-Bereich speichern und sie sei damit für Industrieanwendungen prädestiniert.

Auch beim zweiten System sollen die flüssigen Metalle als Elektroden der Batterie dienen, allerdings ist in diesem Fall der Elektrolyt fest. „Unsere Partner aus der Schweiz haben hier schon funktionsfähige Systeme, die allerdings mit Nickelchlorid arbeiten. Das wollen wir im Projekt durch Zinkchlorid ersetzen“, sagt Weber. Dieses System könne im Kilowattstundenbereich sogar als Photovoltaik-Heimspeicher eingesetzt werden.

Beide Systeme wollen die Forscher in ihrem Projekt so weit entwickeln, dass sie unter realen Bedingungen getestet werden können. Beim zweiten System sind die HZDR-Forscher zuversichtlich, dass es in den nächsten vier Jahren „nahe an die Marktreife“ gebracht werden könne. Die sächsischen Forscher übernehmen nicht nur die Koordination des Projekts, sondern bauen auch die Batteriezellen. „Unser Vorteil ist die sehr einfache Konstruktion“, sagt Weier. „Dadurch sind diese Batterien gut skalierbar. Zusammen mit den günstigen Aktivmaterialien könnten wir deshalb einen deutlich niedrigeren Systempreis als bei anderen Elektroenergiespeichern erreichen.“