Akku

Energiespeicher funktioniert mit Zink und Luft

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Der Demonstrator des Speichers soll seinen Aufbau verdeutlichen. Die blauen Kästen sind die Zellen, im Gefäß links befindet sich das Elektrolyt, das durch die Schläuche weitergeleitet wird.
Der Demonstrator des Speichers soll seinen Aufbau verdeutlichen. Die blauen Kästen sind die Zellen, im Gefäß links befindet sich das Elektrolyt, das durch die Schläuche weitergeleitet wird. (Bild: FH Münster)

Ein Energiespeicher, der allein mit Zink und Luft funktioniert, haben Forscher der FH Münster mit den beiden Unternehmen EMG Automation und Energy Environment Economics 3e entwickelt. Und so funktioniert der Speicher.

Forscher der FH Münster haben zusammen mit den beiden Unternehmen EMG Automation und Energy Environment Economics 3e einen neuen Energiespeicher entwickelt, der nachhaltig und ressourcenschonend allein mit Zink und Luft funktioniert.

So funktioniert der Speicher: Zink reagiert mit Sauerstoff und setzt dabei Energie frei. Das Zink befindet sich in der Zelle, der Sauerstoff in der Luft gelangt durch die durchlässige Elektrode hinein. Dass sich lediglich ein Reaktionspartner in der Zelle befindet, hat den Vorteil, dass im Vergleich zum gängigen Lithium-Ionen-Akkumulator höhere Energiedichten möglich sind. „Einer der Vorteile ist, dass Zink weltweit sehr verbreitet ist und sogar in Deutschland in der Erdkruste vorkommt“, sagt Prof. Dr. Peter Glösekötter vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik, der das Projekt mit seinem Team federführend betreute. Gerade im Hinblick auf Ressourcenknappheit ist dies eine gute Nachricht. Edelmetalle und seltene Erden, die in vielen gängigen Energiespeichern verbaut sind, könnten mit der neuen Technologie eingespart werden.

Zink-Zelle ist zu 98 % recyclingfähig

Damit man die Zelle aber wieder aufladen kann, ist ein wässriger alkalischer Elektrolyt und eine bifunktionale Gasdiffusionselektrode oder eine separate Ladeelektrode nötig, die eine Oxidation der entstehenden Hydroxidionen ermöglicht. Ist der Kapazitätsverlust zu groß, die Zelle also für den Speichergebrauch defekt – den Berechnungen der Wissenschaftler nach ist das ungefähr nach etwa zehn Jahren der Fall –, dann besteht die Möglichkeit, das verwendete Elektrolyt Kalilauge weiterzuverkaufen. Denn die Industrie kann sie zum Neutralisieren chemischer Abwässer, die häufig sauer sind, einsetzen. „Außerdem lässt sich Zink auch nach dem Einsatz im Speicher sehr gut weiterverwenden, unsere Zellen sind zu 98 % recyclingfähig“, so Glösekötter.

Und der günstige Preis kann sich ebenfalls sehen lassen, wie Andre Löchte, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Glösekötters Labor, ergänzt: „An Materialkosten fallen ungefähr zwei Euro pro Zelle an – davon benötigen wir zehn, um eine Kilowattstunde zu speichern.“

Nächster Schritt: Integrationsdichte des Batteriemanagementsystems erhöhen

„Das Potenzial dieser Technologie ist auf jeden Fall da“, findet Markus Kunkel, Geschäftsführer von 3e. „Außerdem sind wir dank des Elektrolyts auf der sicheren Seite, das Gefahrpotenzial ist geringer als bei anderen Speichertechnologien.“ Auch Anno Jordan von EMG Automation sieht das so. „Wir streben direkt ein nächstes Projekt an. Das Batteriemanagementsystem des aktuellen Demonstrators setzt sich noch aus diskreten Komponenten zusammen. Jetzt steht der nächste Entwicklungsschritt an, wir wollen die Integrationsdichte des Batteriemanagementsystems und damit auch die des Gesamtsystems erhöhen, dann ist das auch etwas für den kommerziellen Bereich.“

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Ein weiteres Problem, das das Forscherteam noch lösen muss, ist die Optimierung des Elektrolytenmanagements. Denn für einen optimalen Ablauf darf die Elektrolyt-Konzentration in den Zellen nicht zu hoch sein. Danach wollen die Wissenschaftler den konkreten Anwendungsfall testen und den Zink-Luft-Speicher an die Photovoltaik-Anlage auf dem Steinfurter Campus der FH Münster anschließen und aufladen.

Zelldesign in puncto höhere Leistungsdichte weiterentwickeln

Für das Folgeprojekt werden gerade die Weichen gestellt. Und es sieht gut aus: Das Team verspricht sich damit, neue Märkte zu erschließen und das Zelldesign in puncto höhere Leistungsdichte weiterzuentwickeln. Dabei sollen auch die Stadtwerke Steinfurt mit ins Boot kommen. „So können wir die Anforderungen für den praktischen Aufbau weiter spezifizieren und bekommen neue Möglichkeiten zum Testen, zum Beispiel im Windpark hier in Steinfurt“, sagt Löchte.

BUCHTIPP Auf dem Stand der aktuellen Technik vermittelt das Fachbuch „Akkuwelt“ das Basiswissen zur Batterie-Technologie und bietet einen Überblick über die Entwicklung, den Bau und die Anwendung von Batterien. Außerdem gibt das Buch Einblick in potenzielle und zukünftige Entwicklungstendenzen.

Projektträger der Zink-Luft-Technologie ist die ETN Jülich, eine Landeseinrichtung für Forschungsförderung. Sie hat das Vorhaben mit einem zuwendungsfähigen Gesamtvolumen von circa 1,5 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwickelt (EFRE) unterstützt, weil die Idee zum Projekt im Leitmarktwettbewerb Energie- und Umweltwirtschaft.NRW ausgewählt wurde.

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