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16.08.2023
Nachhaltigkeit & CO2-Neutralität
News
Zink statt Lithium: Neue Batterie speichert Ökostrom und produziert Wasserstoff
Solange effiziente Speichertechnologien fehlen, bleibt die Abkehr von fossilen Energieträgern eine Herausforderung. Ein deutsches Forschungskonsortium unter der Leitung des Fraunhofer IZM setzt genau hier an und entwickelt eine neuartige, kostengünstige Zink-Batterie, die nicht nur als Langzeitspeicher von Energie, sondern auch zur Wasserstoffproduktion genutzt werden kann. Erste Tests weisen hohe Wirkungsgrade bei einer prognostizierten Lebensdauer von zehn Jahren aus.
Während die Energieerzeugung aus Wind und Sonne immer wirtschaftlicher wird, fehlt es an kostengünstigen und effizienten Speichern, die das Land über längere Zeit mit grüner Energie versorgen könnten. Zudem sind Schwankungen in der Stromerzeugung, sogenannte Dunkelflauten, aktuell nur durch den Einsatz konventioneller Kraftwerke auszugleichen. Die Folge: Eine doppelte Infrastruktur muss instandgehalten werden, fossile Brennstoffe spielen weiterhin eine wichtige Rolle. Die Umstellung auf erneuerbare Energien wird dadurch erschwert.
Anders als Lithium-Akkus sind Zink-Speicher wesentlich kostengünstiger, verwenden leicht verfügbare, recycelbare Rohstoffe wie Stahl, Zink sowie Kaliumhydroxid und ermöglichen außerdem die Produktion von Wasserstoff. Letztendlich sollen elektrisch aufladbare Wasserstoffspeicher entwickelt werden, die Energie in Form von metallischem Zink speichern und bedarfsgerecht Elektrizität und Wasserstoff bereitstellen.
Projektkoordinator Robert Hahn vom Fraunhofer IZM erklärt, was in der Batterie passiert: „Während des Aufladens oxidiert Wasser zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert. Bei der bedarfsgerechten Entladung der Speicherzelle wird das Zink wieder in Zinkoxid umgewandelt. Das Wasser wird wiederum reduziert, sodass Wasserstoff erzeugt und freigesetzt wird.“ Da die Materialkosten weniger als ein Zehntel der Kosten für einen Lithium-Akku betragen, eröffnet sich eine wirtschaftlich attraktive Perspektive zur Speicherung grüner Energie.
Zink – kostengünstig, verfügbar, recycelbar
Ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen sowie den Firmen Zn2H2 GmbH und Steel Pro Maschinenbau GmbH setzt im Projekt Zn-H2 auf innovative Lösungen, grüne Energie für lange Zeit zu speichern. Dafür kombinieren die Forscherinnen und Forscher bekannte Verfahren im Batteriebereich mit Zink-Anode mit der alkalischen Wasser-Elektrolyse und entwickeln eine neuartige Speichertechnologie.Anders als Lithium-Akkus sind Zink-Speicher wesentlich kostengünstiger, verwenden leicht verfügbare, recycelbare Rohstoffe wie Stahl, Zink sowie Kaliumhydroxid und ermöglichen außerdem die Produktion von Wasserstoff. Letztendlich sollen elektrisch aufladbare Wasserstoffspeicher entwickelt werden, die Energie in Form von metallischem Zink speichern und bedarfsgerecht Elektrizität und Wasserstoff bereitstellen.
Projektkoordinator Robert Hahn vom Fraunhofer IZM erklärt, was in der Batterie passiert: „Während des Aufladens oxidiert Wasser zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert. Bei der bedarfsgerechten Entladung der Speicherzelle wird das Zink wieder in Zinkoxid umgewandelt. Das Wasser wird wiederum reduziert, sodass Wasserstoff erzeugt und freigesetzt wird.“ Da die Materialkosten weniger als ein Zehntel der Kosten für einen Lithium-Akku betragen, eröffnet sich eine wirtschaftlich attraktive Perspektive zur Speicherung grüner Energie.
Es entsteht eine einzigartige Kombination aus Batterie und Wasserstoff-Herstellung mit einem Gesamtwirkungsgrad der Stromspeicherung von 50 Prozent, womit wir die alternative und zurzeit favorisierte Power-to-Gas-Technologie doppelt übertreffen.
Dr. Robert Hahn, Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM)
Erste Tests erfolgreich verlaufen
Im Labor konnten die Forscherinnen und Forscher das Grundprinzip des neuen Systems unter Beweis stellen, bis zum Jahresende soll ein Demonstrator entstehen. Final sollen acht Zellen mit einer Kapazität von circa 12 Volt und 50 Ampere-Stunden elektrisch verbunden werden.Die ersten Tests an Einzelzellen verliefen erfolgreich: Bei einer realistischen Nutzung in jahreszeitbedingten Dunkelflauten, aber auch bei täglicher Nutzung als Solarspeicher haben die preiswerten Katalysatoren eine Lebensdauer, die einen Betrieb von mehr als zehn Jahren erlauben würde. Bis zur Industrietauglichkeit muss das System noch einige Etappen des Up-Scaling durchlaufen.
