Neuer Flüssigmetall-Akku könnte Schlüssel zu Energiewende sein

Damit die Energiewende gelingen kann, müssen Batterien her, die erneuerbare Energien kostengünstig speichern. Eine Herausforderungen, denn konventionelle Lithium-Ionen-Akkus sind für diese Zwecke zu teuer und der Abbau von Lithium nicht gerade umweltfreundlich.

Auf sogenannten Flüssigmetallbatterien ruhen daher große Hoffnungen. Sie sind langlebiger und billiger als herkömmliche Batterien. Eine Kommerzialisierung der Batterietechnologie schien allerdings lange in weiter Ferne zu liegen. Bis jetzt. 

Der US-Hersteller Ambri hat angekündigt, die langfristige Energiespeicherung mit Flüssigmetallbatterien erstmals im großen Stil zu testen. Ambri, in das auch Milliardär Bill Gates investiert hat, hat sich hierfür mit dem Stromanbieter Xcel Energy zusammengetan. 2024 soll die Batterie erstmals Solar- und Windenergie speichern, wie aus einer Pressemitteilung hervorgeht. 

Geschmolzene Metalle

Im Gegensatz zu einer Lithium-Ionen-Batterie, die feste Metalle als Anoden und Kathoden verwendet, sind bei Flüssigmetallbatterien - wie der Name schon verrät - alle Bestandteile im flüssigen Aggregatzustand. Ein geschmolzenes Metall ist dabei die Kathode, eine leichtere Legierung bildet die Anode. Ihre unterschiedliche Dichte sorgt dafür, dass sie sich nicht vermischen. Dazwischen kommt ein Elektrolyt zum Einsatz.

Ambri setzt auf eine Kathode aus Antimon und eine Anode aus einer Kalziumlegierung. Während der Entladung setzt die Kalziumanode Kalziumionen frei, die durch den Elektrolyten zur Kathode wandern. Dort bilden sie dann eine Kalzium-Antimon-Legierung bilden. Beim Aufladen kehrt sich der Prozess um. 

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Lange Lebensdauer und kostengünstig

"Das Konzept einer Flüssigmetallbatterie macht sie einzigartig für die stationäre Speicherung", erklärt Donald Sadoway, Professor für Chemie am MIT gegenüber IEEE Spectrum. 2010 gründete er Ambri, um Akkutechnologien umzukrempeln. "Im Gegensatz zu Lithium ist sie nicht brennbar. Und sie ist resistent gegen Kapazitätsschwund. Wir haben Daten über Tausende von Ladezyklen, d. h. über einen jahrelangen Betrieb. Dieses Ding sollte 20 Jahre halten und immer noch 95 Prozent seiner Kapazität haben", so Sadoway.

Wie kann die Flüssigmetallbatterie so lange halten? Schuld ihr Aufbau: Zwischen 2 Flüssigkeiten herrscht eine hohe Kinetik, woraus sich ein besserer Ionenfluss ergibt. Zudem gibt es weniger Verschleiß als bei festen Teilen. 

Hinzu kommt, dass die Flüssigmetallbatterie weniger komplex ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Feststoffakkus besteht sie nur aus 3 Komponenten aus. Ihre Herstellung ist dadurch deutlich günstiger. 

Haken von Flüssigmetallbatterien

Natürlich hat die Technologie aber auch Nachteile. Einer davon ist die hohe Arbeitstemperatur. Geschmolzene Metalle müssen in der Regel konstant aufgeheizt werden, um im flüssigen Aggregatzustand zu verweilen. Das braucht selbstverständlich wiederum Energie. 

Wie Ambri diesen Nachteil lösen wird, dürfte sich im Praxistest zeigen. Am Solar Technology Acceleration Center im US-Bundesstaat Colorado will das Unternehmen die langfristige Energiespeicherung mit Flüssigmetallbatterien testen. Das Projekt soll ein Jahr lang dauern. Danach möchte Ambri mit einer großangelegten Produktion beginnen.

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