Energiespeicher

Durchbruch für die Entwicklung großer Redox-Flow-Batterien

| Redakteur: Franz Graser

Von links: Prof. Christian Doetsch, Bereichsleiter Energie, Lukas Kopietz, Entwickler Abteilung Chemische Energiespeicher, Prof. Eckhard Weidner, Institutsleiter, Peter Schwerdt, Entwickler Abteilung Chemische Energiespeicher.
Von links: Prof. Christian Doetsch, Bereichsleiter Energie, Lukas Kopietz, Entwickler Abteilung Chemische Energiespeicher, Prof. Eckhard Weidner, Institutsleiter, Peter Schwerdt, Entwickler Abteilung Chemische Energiespeicher. (Bild: Fraunhofer UMSICHT/Birgit Seidel)

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt, Sicherheit und Energietechnik (UMSICHT) haben eine 3,2 Quadratmeter große Bipolarplatte entwickelt, die den Bau großskaliger Redox-Flow-Batterien ermöglicht.

Elektrische Energiespeicher gelten als Schlüssel für die Energiewende, um den unregelmäßigen Stromfluss aus Windkraftanlagen und Solarzellen bedarfskonform zu verstetigen. Gerade bei großen Leistungen (Megawatt) und großen Kapazitäten (Megawattstunden) bieten Redox-Flow-Batterien ökonomische Vorteile. Sie lassen sich im Gegensatz zu Lithiumzellen auch mit sehr großen Zellen realisieren. Daher geht die weltweite Entwicklung in Richtung immer größerer Zellflächen.

Während die heute übliche Zellfläche eher der eines DIN-A3-Blattes entspricht, ist das langfristige Ziel, zwanzig- bis dreißigmal größere Zellen oder Stacks zu bauen. „Die meisten der benötigten Komponenten einer Redoxzelle sind bereits ausreichend großskalig erhältlich beziehungsweise prinzipiell produzierbar“, erklärt Prof. Christian Doetsch, Leiter des Bereichs Energie bei Fraunhofer UMSICHT: „Den Flaschenhals stellen bisher die Bipolarplatten dar.“

Denn erst mit Bipolarplatten können aus Einzelzellen die notwendigen Stacks zusammengefügt werden, um diese anschließend zur Batterie zu konfigurieren. Weltweit wird mit hohem finanziellem Aufwand an diesem Problem geforscht.

Fraunhofer UMSICHT hat eine 3,2 Quadratmeter Bipolarplatte entwickelt und gemeinsam mit dem Unternehmen Saueressig produziert. Die Platte ist in ihrer Größe bisher einzigartig und stellt eine Schlüsseltechnologie für große Redox-Flow-Batterien dar. Das verwendete neuartige Bipolarplattenmaterial wird heute schon erfolgreich in kleinen Redox-Flow-Stacks des Fraunhofer-Start-ups Volterion eingesetzt und im Feld erprobt.

Die großflächige Bipolarplatte bietet eine Leistung pro Zelle, die rund 5 Kilowatt (Peak) entspricht beziehungsweise als Stack mit 70 Zellen etwa 350 Kilowatt (Peak) ermöglicht. Ein Redox-Flow-System mit drei solcher Stacks (1 Megawatt, 10 Megawattstunden) kann bis zu 1000 Haushalte einen Tag mit Strom versorgen.

Die Kapazität entspricht etwa 2000 typischen PV-Lithium-Ionen-Batterien (à 5 Kilowattstunden). Weitere entscheidende Vorteile der Bipolarplatte sind die geringe Mindestdicke (400-500 µm), die damit einhergehende gute Leitfähigkeit, ihre Flexibilität und die kosteneffiziente Rolle-zu-Rolle-Produktionsweise.

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