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08.02.2017 | Energiespeicher | Im Fokus | Onlineartikel

Elektrische Energie in flüssigen Kunststoffen speichern

Autor:
Frank Urbansky

Elektrische Energie lässt sich nicht nur in Metallen, sondern auch in Kunststoffen speichern. Diese Anwendung hat viele Vorteile bis hin zu intelligenten Verpackungen. Zudem ist sie relativ preiswert.

Die Energiewende, aber auch die Energiewelt von heute, kann auf Stromspeicher nicht verzichten. "Speicher für elektrische Energie sind heute sowohl aus ökonomischen als auch aus technischen Gründen unabdingbare Bestandteile der Stromversorgungstechniken. In den Industrieländern wird die störungsfreie Versorgung mit elektrischer Energie sowohl von der Industrie, dem Handwerk, dem Gewerbe und Handel, als auch von privaten Haushalten als selbstverständlich angesehen", so die Springer-Vieweg Autoren Hans-Josef Allelein und Richard Zahoransky in ihrem Buchkapitel Energiespeicherung auf Seite 510. 

Empfehlung der Redaktion

2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

Energiespeicherung

Im Zuge der 2011 in Deutschland politisch beschlossenen „Energiewende“ kommt der Speicherung von Energie eine zentrale Bedeutung zu. Energiespeicher sind notwendig um das Zusammenspiel von schwankenden Angebots- und Nachfragekurven zu koordinieren, um somit ein stabiles Gleichgewicht herzustellen.


Stromspeicher setzen bisher vor allem auf zwei Metalle und deren Salze: Blei und Lithium. Ist ersteres ineffizient und stark giftig, gilt für zweiteres zwar mehr Effizienz, aber eben auch eine gewisse Giftigkeit. Zudem ist der weltweite Vorrat an Lithium begrenzt und findet sich nur in einer Handvoll lohnenswerter Abbaufelder. Deswegen sind andere Lösungen gefragt.

Wichtig für das Internet der Dinge

Eine dieser Lösungen könnten polymere Redox-Flow-Batterien sein. Sie sind kunststoffbasiert. Abgesehen von der aufwändigen Technik mit Flüssigkeitsbehältern und Pumpe haben sie neben dem weitgehenden Verzicht auf Metall weitere Vorteile. Sie können praktisch aus dem 3-D-Drucker hergestellt werden und sind unverzichtbarer Bestandteil für das Internet of Things (IoT). Denn die Batterien sind extrem anpassungsfähig und lassen sich nahezu auf jedes Gerät oder jeden Gegenstand aufbringen.

Doch wie funktioniert sie überhaupt? Sie speichert elektrische Energie in Form chemischer Verbindungen. Damit unterscheidet sie sich noch nicht von ihren Metall-Pendants. Allerdings nutzen die zwei zirkulierenden Elektrolyte, die als Energiespeicher dienen, nicht Metall, sondern eben polymere, flüssige Kunststoffe. Die flüssigen Kunststoffe lagern in zwei Tanks, die je nach Anwendung sehr klein, aber eben auch sehr groß sein können. Zwischen ihnen wird eine Elektrolyt-Flüssigkeit hin- und her gepumpt. Eine Membran trennt diese Systeme. Bisher wurden diese Membranen aus Metall hergestellt. Doch auch dafür gibt es bereits Tests mit Kunststoffen. Für diese Art soll im nächsten Jahr die Markteinführung stattfinden.

Flexibler als Metallbatterien

In einer Fließrichtung findet eine Oxidation mit Energieabgabe statt und in der anderen eine Reduktion mit Energieaufnahme. Der Wirkungsgrad kann bis zu 75 Prozent betragen und liegt damit höher als bei Bleibatterien. Ein weiterer Vorteil: Das Aufladen kann einfach mit dem Austausch der Elektrolyflüssigkeit geschehen. Das macht sie weitaus flexibler als metallbasierte Batterien.

Ulrich S. Schubert von der Friedrich-Schiller-Universität Jena, dessen Team die Batterien entwickelt, sieht die Vorteile im geringerem Footprint, der massenhaften Herstellbarkeit, den hohen Leistungs- und Speicherdichten. Das alles zusammen ergäbe exzellente Lifecyklen.

"... wegen ihres technologischen Fortschritts (werden) auch Redox-Flow-Speicher mit Leistungen bis zu einigen hundert Kilowatt immer interessanter für den Einsatz als Stundenspeicher in der elektrischen Energieversorgung. … Die Erforschung und Entwicklung chemisch unbedenklicher Elektrolytflüssigkeiten könnte solche Anwendungen zukünftig weiter beschleunigen", bringt die Vorteile Springer Vieweg-Autor Detlef Schulz in seinem Buchkapitel Elektrische Energieversorgung auf Seite 1051 auf den Punkt.

Weiterführende Themen

Die Hintergründe zu diesem Inhalt

2015 | OriginalPaper | Buchkapitel

Redox-Flow-Batterien

Quelle:
Elektrochemische Speicher

2017 | OriginalPaper | Buchkapitel

Battery Technologies for IoT

Quelle:
Enabling the Internet of Things

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

Redoxbrennstoffzellen und Hybridsysteme

Quelle:
Brennstoffzellentechnik

2016 | OriginalPaper | Buchkapitel

Elektrische Energieversorgung

Quelle:
Handbuch Elektrotechnik

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