Batterien aus Kunststoff Mittwoch, 28.10.2015

Für eine kontinuierliche Stromversorgung und stabile Energienetze sind Stromspeicher erforderlich. Vielversprechend sind sogenannte Redox-Flow-Batterien, die allerdings bislang auf teure Metalle und aggressive Säuren angewiesen sind. Ein Schritt zu einer einfach handhabbaren, sicheren und zugleich ökonomischen Redox-Flow-Batterie ist nun einem Forscherteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der JenaBatteries GmbH gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie auf Basis von Polymeren und einer ungefährlichen Kochsalzlösung entwickelt. Das Neuartige an diesem Batteriesystem ist, dass es deutlich günstiger hergestellt werden kann, aber dennoch fast die Kapazität und Leistung herkömmlicher, metall- und säurehaltiger Systeme erreicht.

Bei einer Redox-Flow-Batterie bestehen die Elektroden nicht aus Feststoffen - meist Metalle und Metallsalze -, sondern liegen in gelöster Form vor: Die Elektrolytlösungen lagern in zwei Tanks, die den Plus- und Minus-Pol bilden und als Energiespeicher dienen. Mithilfe einer Pumpe werden sie in eine elektrochemische Zelle gebracht, in der die Elektrolyte chemisch reduziert bzw. oxidiert werden, so dass elektrische Energie frei wird oder gespeichert werden kann. Damit sich die Elektrolyte nicht vermischen, ist die Zelle in der Mitte durch eine Membran getrennt.  Bisherige Systeme verwenden als Elektrolyte meist in Schwefelsäure gelöste Ionen des Metalls Vanadium.
 
Die Redox-Flow-Batterie der Jenaer Forscher verwendet hingegen neuartige Kunststoffe: Diese ähneln in ihrem grundlegenden Aufbau Plexiglas und Styropor, doch sie sind so um funktionale Einheiten ergänzt, dass sie Elektronen aufnehmen bzw. abgeben können. Als Lösungsmittel sind keine aggressiven Säuren notwendig, sondern die Polymere "schwimmen" in einer wässrigen Kochsalzlösung.  Bei diesem Konzept können einfache und preisgünstige Cellulose-Membrane verwendet werden. In ersten Tests konnten bis zu 10.000 Ladezyklen ohne entscheidenden Kapazitätsverlust erreicht werden. Die Energiedichte des in der aktuellen Studie vorgestellten Systems beträgt zehn Wattstunden pro Liter.  
 
Foto: Anne Günther/FSU - Das Jenaer Forscherteam mit der neuen Batterie (v. l.): Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, Tobias Janoschka und Dr. Martin Hager.


28.10.2015
KK