Batterie aus flüssigem Metall für günstige Industriespeicher

Das Projekt, das im Januar 2021 anläuft, wird von der EU mit 8 Mio. Euro gefördert und von einem internationalen Team unter Leitung von Tom Weier und Norbert Weber vom Institut für Fluiddynamik des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) umgesetzt. 

Flüssige Metalle und geschmolzene Salze, nur getrennt von einer halbdurchlässigen Membran, könnten stromintensive Industrien ins regenerative Zeitalter führen, so die Hoffnung der Wissenschaftler. In großem Maßstab sollen sie aus Wind und Sonne gewonnene elektrische Energie speichern und in der Nacht oder bei ungünstigen Wetterbedingungen wieder zur Verfügung stellen. Um die Technologie einsatzreif zu machen, haben sich Wissenschaftler aus neun Forschungsinstituten und drei Unternehmen für Solstice zusammengeschlossen.

"Die Entwicklung effizienter Energiespeicher für industrielle Anwendungen brennt aktuell unter den Nägeln", erzählt Tom Weier vom HZDR-Fachbereich Magnetohydrodynamik. "Das Ende von Kohleverstromung und Kernenergie macht solche Speichersysteme einfach unumgänglich." Denn die Stromerzeugung aus regenerativen Quellen unterliegt nicht nur jahreszeitlichen Schwankungen, sondern auch solchen zwischen Tag und Nacht. Für Zeiträume von mehreren Monaten bieten sich Langzeitspeicher auf der Basis von grünem Wasserstoff oder Methan an. Für die Überbrückung der Nacht sind jedoch Kurzzeitspeicher effizienter, die auf Batterietechnologie basieren.

"Eine wirklich überzeugende Lösung gibt es dafür aber bisher nicht", erläutert Weier. "Systeme mit Lithium-Ionen-Akkus funktionieren zwar prinzipiell, wären im industriellen Maßstab aber eine Ressourcenverschwendung." Denn der Lithium-Vorrat ist begrenzt. 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."
Natrium und Zink sind gut verfügbar

Deshalb gehen er und seine Kollegen einen anderen Weg. "Bei den Aktivmaterialien setzen wir auf Natrium und Zink", erklärt sein Kollege Norbert Weber. Das hat ganz praktische Gründe: Natrium ist das sechsthäufigste Element auf der Erde und in großen Mengen verfügbar. Zink ist zwar seltener, die weltweit verfügbaren Ressourcen sind aber dennoch gewaltig. Europa verfügt sogar über eigene aktive Zinkminen.

In ihrem Forschungsprojekt haben die Wissenschaftler zwei verschiedene Systeme im Sinn. 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", beschreibt Weber die Zusammenstellung. Hier sollen Energien im Megawattstunden-Bereich gespeichert werden, was solche Batterien für Industrieanwendungen prädestiniert.

Auch beim zweiten System dienen die flüssigen Metalle als Elektroden der Batterie. Der Elektrolyt hingegen ist fest. Im Kilowattstunden-Bereich angesiedelt, ist für diese Batterien sogar ein Einsatz als Heimspeicher denkbar.

Dass ihr Ansatz einen wichtigen Beitrag für die Energiewende leisten kann, da sind sich die beiden Wissenschaftler sicher: "Unser Vorteil ist die sehr einfache Konstruktion", schätzt Weier ein. Dadurch seien diese Batterien gut skalierbar und könnten einen deutlich niedrigeren Systempreis als andern Elektroenergiespeichern erreichen.