Neue Vanadium-Batterie bringt mehr Leistung bei geringeren Kosten

Vanadium-Redox-Flow-Batterien sind eine der Hoffnungen für erneuerbare Energien. Sie haben eine besonders hohe Haltbarkeit. Klassische Lithium-Ionen-Akkus „altern“ durch die unregelmäßigen Ladevorgänge bei Wind- und Solarenergie sehr schnell und verlieren an Kapazität. Vanadium-Stromspeicher sollen hingegen bis zu 25 Jahre nutzbar sein, ohne Kapazitätsverlust.

Der größte Nachteil: Sie sind derzeit in der Erstanschaffung teuer. Das will ein chinesisches Forschungsteam ändern. Am Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinese Academy of Sciences wurde ein neuer Stack für Vanadium-Batterien entwickelt.

Dieser hat eine Leistung von 70kW. Verglichen mit heute üblichen 30kW-Stacks, hat der neue Stack eine Leistungsdichte von 130 kW pro Kubikmeter und ist noch dazu um 40 Prozent günstiger. Eine übliche Vanadium-Batterie-Speicherlösung, die in einem Schiffscontainer untergebracht ist, könnte damit von 250kW-Leistung auf 500kW-Leistung hochgerüstet werden – ohne, dass die eigentliche Größe der Anlage, bzw. die zum Betrieb benötigte Infrastruktur, erweitert werden muss.

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Was ist ein Stack?

Die Performance einer Vanadium-Batterie wird maßgeblich zur 2 Komponenten beeinflusst: Die Größe der Speichertanks für das flüssige negative und positive Elektrolyt (Energie in kWh) und dem Stack (Leistung in kW). Der Stack ist der Umwandler, der aus der chemischen Energie die elektrische Energie macht. Er besteht aus gestapelten Zellen (daher der Name Stack), die wiederum aus je zwei Halbleitern und einer Membran bestehen, die für Ionen durchlässig ist.

Der 70kW-Stack konnte durch das Optimieren vieler Einzelkomponenten realisiert werden. So kommt etwa eine selbstentwickelte Komposit-Membrane zum Einsatz, sowie stark leitende Bipolarplatten. Beide Komponenten sind schweißbar, was die Baukosten reduziert. Der Stack hat besonders kurze Wege für die flüssigen Elektrolyte und Kanäle, die einen geringen Fließwiderstand haben. Außerdem wurde eine „ultradünne“ Batterie-Struktur gewählt.

Bei voller Leistung mit 70kW liegt die Effizienz bei 81 Prozent. Beim Betrieb mit 60kW liegt sie bei 82,1 Prozent. Die praktische Effizienz bisheriger Vanadium-Batterien liegt bei 70 bis 80 Prozent. Ein Stromspeicher mit 70kW-Stack dürfte sich im Realbetrieb ebenfalls in diesem Bereich einordnen. Laut dem Forschungsteam würde der Stack auch nach 1.200 Lade- und Entladezyklen stabil funktionieren, bei lediglich 1,7 Prozent Effizienzverlust.

Ab wann der neue Stack in Serienfertigung verfügbar ist oder ob Lizenzen dafür an Vanadium-Stromspeicher-Hersteller verkauft werden, ist nicht bekannt.