Forscher des Energieministeriums der Vereinigten Staaten am Pacific Northwest National Laboratory haben eine wegweisende Entdeckung im Bereich der Energiespeicherung gemacht. Sie entwickelten eine flüssige Eisen-Flow-Batterie, die als sicher, kostengünstig und umweltfreundlich gilt. Dieser Durchbruch könnte eine entscheidende Rolle in der Integration erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie in das Stromnetz spielen.
Das Team veröffentlichte in Nature Communications einen Bericht, in dem die Laborversion der Batterie über 1000 Ladezyklen hinweg eine beeindruckende Stabilität mit einer Kapazitätserhaltung von 98,7% demonstrierte. Im Vergleich dazu zeigten frühere Studien zu ähnlichen Batterien einen deutlich höheren Kapazitätsverlust.
Der Schlüssel zu dieser neuen Batterie liegt in einer einzigartigen, flüssigen chemischen Formel, die geladenes Eisen mit einem neutralen pH-Wert, phosphatbasierten Flüssigelektrolyten verbindet. Das verwendete Chemikalien, Nitrilotri-Methylphosphonsäure (NTMPA), ist aufgrund seiner Verwendung zur Korrosionsvermeidung in Wasserbehandlungsanlagen in industriellem Maßstab verfügbar.
Was ist eine Flow-Batterie?
Flow-Batterien bestehen aus zwei Kammern, die jeweils mit einer unterschiedlichen Flüssigkeit gefüllt sind. Sie laden sich durch eine elektrochemische Reaktion auf und speichern Energie in chemischen Bindungen. Bei Anschluss an einen externen Stromkreis setzen sie diese Energie frei. Der Vorteil von Flow-Batterien besteht darin, dass sie in jeder Größe gebaut werden können, von Laborgröße bis hin zu städtischen Dimensionen.
Flow-Batterien könnten als Rückgrat der Dekarbonisierungsstrategie dienen, indem sie Energie aus erneuerbaren Quellen speichern. Ihre Fähigkeit, in jedem Maßstab gebaut zu werden, vom Labormaßstab bis zur Größe eines Stadtblocks, unterstreicht ihre Flexibilität und Skalierbarkeit.
Zukunft der wässrigen Redox-Flow-Batterien
Das Forschungsteam plant, die Leistung der Batterie durch die Optimierung von Spannungsausgabe und Elektrolytkonzentration weiter zu verbessern, was zur Erhöhung der Energiedichte beitragen soll. Die gegenwärtige Energiedichte erreicht bis zu 9 Wattstunden pro Liter, während kommerzialisierte vanadiumbasierte Systeme eine mehr als doppelt so hohe Energiedichte aufweisen.
Die Forscher planen, diese und andere neue Batterietechnologien im neu gegründeten Grid Storage Launchpad (GSL), das 2024 eröffnet wird, zu skalieren. Das GSL soll die Entwicklung zukünftiger Flow-Batterietechnologien beschleunigen und so den Einsatz neuer Energiespeichersysteme sicherstellen.
Diese Entdeckung markiert einen signifikanten Fortschritt in der Entwicklung von Energiespeichersystemen, die auf erdreichhaltigen Materialien basieren und könnte einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende und zum Klimaschutz leisten.
