Redox-Flow-Batterie: Uralter Stromspeicher löst alle Speicherprobleme

Sie kann vieles, was die Konkurrenz der Lithium-Akkus nicht kann. Sie kann große Mengen Energie speichern, hat eine sehr lange Lebensdauer und ist nicht brennbar. Und sie braucht keine knappen Rohstoffe.

Ein Batterietyp, der vor fast 150 Jahren entwickelt wurde, könnte den marktbeherrschenden Lithium-Akkus Konkurrenz machen. Bei der Technologie handelt es sich um Redox-Flow-Batterien, auch Fluss-Batterien genannt. Die ersten Batterien dieses Tys waren Zink-Brom-Zellen. Sie wurden Ende des 19. Jahrhunderts entwickelt.

Grundsätzlich funktioniert das System auf Basis von Redoxreaktionen. Das sind chemische Prozesse, bei denen ein Reaktionspartner Elektronen an einen anderen Reaktionspartner abgibt. Im Prinzip ist bei diesem Verfahren die Energie in zwei flüssigen Elektrolyten gespeichert. Strömen sie an einer Protonen-Austauscher-Membran vorbei, kann über einen äußeren Stromkreis elektrischer Strom abgenommen werden. Das Prinzip ähnelt der Brennstoffzelle.

Allerdings verbrauchen sich die Elektrolyte nicht. Leitet man z.B. regenerativ gewonnenen Strom in die Reaktionszelle ein, kann man die Elektrolyte wieder „aufladen“. Es handelt sich dabei also um einen nachhaltigen Kreisprozess. Wenn elektrische Energie in das System gegeben wird, kehrt sich die Reaktion um, sodass beide Elektrolyten im Ausgangszustand vorliegen.

Durch die sehr hohe Betriebslebensdauer mit theoretisch unbegrenzter Zyklen-Stabilität, einer nur sehr geringen Selbstentladung und vor allem einer besonders hohen Betriebssicherheit sind Redox-Flow-Batterien prädestiniert für die zuverlässige stationäre Speicherung kleiner und großer Energiemengen, sagen beispielsweise Energieexperten wie Jan Girschik vom Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT). Im Gegensatz zu anderen Batterietechnologien sind Redox-Flow-Batterien nicht entzündlich und können auch nicht explodieren.

Die Technologie der Fluss-Batterien bietet gegenüber den derzeitigen Lithium-Akkus einige Vorteile. Sie sind nicht brennbar und extrem lange haltbar. Nach bis zu 20.000 Ladevorgängen können sie immer noch die volle Ladeleistung bereitstellen, sagen die Experten. Je nach Zellchemie könne der Wirkungsgrad der Reaktion bei über 80 Prozent liegen.

Eine weitere Besonderheit ist, dass die Leistung und Kapazität der Batterie komplett skalierbar sind. Während Leistung und Speicherkapazität konventioneller Non-Flow-Batterien wie Blei-Säure- oder Lithium-Ionen-Batterien in einem festen Verhältnis zueinanderstehen, können diese bei Redox-Flow-Batterien unabhängig voneinander skaliert werden.

Redox-Flow-Batterien können Leistungen von mehreren Megawatt erreichen. Eine ungewollte Ladung ohne angeschlossene Verbraucher ist im Prinzip nicht möglich. Allerdings ist die Kapazität des Batterietyps derzeit vergleichsweise gering. Sie beträgt zwischen 25 und 70 Wattstunden pro Liter bei stationären Anwendungen.

Dagegen haben Lithium-Akkus eine sehr hohe Energiedichte. Anderseits sind Lithium-Akkus vergleichsweise teuer. Außerdem ist der benötigten Rohstoffe knapp und die Gewinnung steht aus Umweltgründen in der Kritik. Befürworter der Red-Flox-Technologie sagen auch, dass die Speicherkapazität solcher Batterien ausschließlich durch die Menge an verfügbarem Elektrolyten definiert ist. Sie könnten also theoretisch sehr groß sein und große Mengen an kurzfristig anfallender Wind- und Sonnenenergie speichern.

Besonders große Mengen an Elektrolyten könnte man unterirdisch zum Beispiel in Salzstöcken lagern. Solche Lagerstätten werden derzeit zum Speichern von Erdgas oder Erdöl genutzt. Fachleute sagen, dass eine solche unterirdische Speicher-Anlage eine Kapazität von fast eine dreiviertel Gigawattstunde haben kann. Damit können sehr große Mengen Strom zwischengespeichert werden.