Klimaschutz Redox-Flow-Batterie-Projekt mit Innovationspreis geehrt

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Für ein Projekt in Sachen Redox-Flow-Batterien haben das Fraunhofer-Umsicht und Volterion den Innovationspreis für Klima und Umwelt (IKU) erhalten.

Genauer gesagt, ging es bei dem nun mit dem Innovationspreis beschenkten Projekt um „Kostengünstige stationäre, skalierbare Redox-Flow-Batterien und deren Produktionsprozess“. Den Preis für IKU hat man in der Kategorie „Produkt- und Dienstleistungsinnovationen für den Klimaschutz“ erhalten, wie es weiter heißt. Hier ein paar Erklärungen, warum der Gegenstand der Forschung die Jury überzeugen konnte:

Die Mensch und Umwelt schonende Batterie-Alternative

Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien, die unter anderem kritische Materialien wie Kobalt benötigen und auch noch schwierig zu recyceln sind, werden bei der Produktion von sogenannten Redox-Flow-Batterien sowohl der Mensch als auch die Umwelt geschont, wie das Fraunhofer-Umsicht erklärt. Denn diese Art von Energiespeicher lässt sich auch für sehr große Energiemengen auslegen und wird dabei spezifisch günstiger. Im Betrieb wird ein flüssiger Elektrolyt aus Vanadium regelmäßig regeneriert und kann außerdem nach 20 und mehr Jahren stofflich recht einfach recycelt werden, so die Forschenden. Das enthaltene Vanadium kann dann wieder zu neuem Elektrolyt werden. Auch seien die Batterien nicht brennbar und zyklenstabil. Ihre Kapazität nimmt also auch nach tausenden Lade- und Entladezyklen nicht merklich ab, wie man betont. Sie sollen sich sehr gut dafür eignen, die fluktuierende Energie aus Windkraft und Solarsystemen stationär zu speichern.

Redox-Flow-Batterie waren bisher aber noch zu teuer

Das Problem: Das Herz einer Redox-Flow-Batterie – der sogenannte Stack – besteht aus über 150 gestapelten Komponenten (Bioplarplatten, Graphitfilzen, Membranen, Stromleiterplatten, Gehäuse, um nur einige zu nennen). Diese müssten mit vielen Schrauben und massiven Metallplatten zusammengehalten und mit zahlreichen Dichtungen versehen werden. Die Kosten für Material und Aufbau sind deshalb entsprechend hoch. Das soll sich nun ändern.

Vollverschweißte Stacks drücken Kosten für Redox-Flow-Batterien

Die Experten von Volterion und dem Fraunhofer-Umsicht haben nun eine Möglichkeit ersonnen, mit der man den Stack statt verschraubt, verschweißt. Grundlage ist eine selbst entwickelte sowie verschweißbare Bipolarplatte aus Kunststoff, die auf Grafiten und Rußen basiert. Bei Raumtemperatur eher zähe, thermoplastische Kunststoffpellets werden dabei zunächst auf bis zu - 80 °C gekühlt, wodurch sie leicht zu Pulver zermahlen werden können. Dann, heißt es, kommt die vierfache Menge Graphit hinzu. Diese Kunststoff-Grafit-Mischung gelangt dann über mehrere Walzen und wird dabei unterschiedlichen Temperaturen und Geschwindigkeiten ausgesetzt. Zwischen den Walzen wird das Pulver dann bei moderaten Temperaturen und geringen Drücken aufgeschmolzen, intensiv geknetet, zu einer Bahn gewalzt und schließlich aufgewickelt, so die Experten. Der thermoplastische Kunststoff als Matrix sorgt dann dafür, dass man Abschnitte davon verschweißen kann. Die Naht ist dicht und es braucht keine Dichtungen mehr. Schweißen kann man auch noch automatisiert. Der so hergestellte Stack sei rund 40 Prozent günstiger als ein herkömmlicher Stack. Zudem wiegt er rund 80 Prozent weniger und ist nur etwa halb so groß.

Pulver-zu-Rolle-Fertigung drückt Produktionskosten

Der zweite entscheidende, weil kostensenkende Schritt, war die Entwicklung des kontinuierlichen Produktionsverfahrens, das in einem Pulver-zu-Rolle-Prozess mündete. Dabei werden die Kunststoff-Bipolarplatten als Endlosbahn auf Rolle herstellbar. So ließen sich auch sehr dünne Platten herstellen, die nur 0,1 Millimeter dick sind. Es sei also deutlich weniger Material notwendig, was den Preis wiederum senke sowie das geringere Gewicht und Größe der Stacks erkläre. Diese neuen Möglichkeiten in der Konstruktion, werden nun bei Volterion bis hin zur ganzen Batterie umgesetzt, wie es abschließend heißt.

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