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Stromausbeute von Flüssigmetall-Akkus verbessert

Eine Lithium-Flüssigmetall-Elektrode. Foto: Steffen Landgraf und Michael Nimtz für das HZDR

Eine Lithium-Flüssigmetall-Elektrode. Foto: Steffen Landgraf und Michael Nimtz für das HZDR

Teams aus Dresden und Cambridge forschen an Großbatterien für die Energiewende

Dresden/Cambridge, 17. September 2021. Um Lieferspitzen und -täler von Windkraft- und Solarkraftwerken künftig besser abfedern zu können, arbeiten Wissenschaftler und Ingenieure seit Jahren an großen stationären Batterien. Die sollen viel elektrische Energie chemisch zwischenspeichern– und sie möglichst verlustarm auch wieder als Strom abgeben können. Auf dem Weg dorthin sind Forscher aus Sachsen und Massachusetts nun ein ganzes Stück weitergekommen: Sie haben einen Flüssigmetall-Akkumulator auf Lithium-Blei-Basis entworfen, der durch eine verbesserte Elektrolyt-Rezeptur „fast 100 Prozent des eingespeisten Stroms auch wieder zurück speisen kann“. Das hat Dr. Norbert Weber mitgeteilt, der am Batterieentwurf maßgeblich im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und im Massachusetts Institute of Technology (MIT) im US-amerikanischen Cambridge maßgeblich beteiligt war.

45 % mehr Energiedichte

Zudem sei es gelungen, die Energiedichte dieses Flüssigmetall-Akkus um 45 Prozent zu erhöhen, teilte das HZDR mit. Laut Weber liegt die Energiedichte des verbesserten Speichers bei 294 Wattstunden je Kilogramm (Wh/kg). Dabei handelt es sich allerdings um eine theoretische Energiedichte, die sich nur auf die aktiven Materialien und nicht ein komplettes Batteriesystem bezieht. Dennoch zum Vergleich: Viele heutige Lithium-Ionen-Akkus kommen auf etwa 180 Wh/kg.

Membran und Additiv trennen aufeinander schwimmende Schichten

Für das neue Akku-Design optimierten die Forscher eine Lithium-Blei-Batterie, die bei 400 Grad Celsius arbeitet. Bei diesen Temperaturen bleiben die enthaltenen Metalle flüssig. Im oberen Teil befindet sich Lithium, in der Mitte eine Salzschmelze, unten liegt das schwerere Blei. Einerseits trennt eine spezielle Membran aus dem MIT diese Schichten. Andererseits bremst hier auch beigemischtes Bleioxid die Durchmischung der Schichten aus. Dadurch arbeitet dieser Energiespeicher mit einem hohen Stromwirkungsgrad.

Nun wollen die Sachsen neuen Energiespeicher ohne giftiges Blei bauen

„Die hohen Stromdichten, der komplett flüssige Aufbau und das damit sehr einfache Recycling machen diese Batterien zu einem idealen stationären Energiespeicher für den Ausgleich stark fluktuierender Sonnen- und Windenergie“, schätzt Norbert Weber ein. Wichtig sei es allerdings, das giftige Blei noch durch andere Metalle zu ersetzen. Geplant sei nun der Bau einer Natrium-Zink Batterie, informierte weber auf Oiger-Anfrage. Von solch einem Energiespeicher soll „im Jahr 2024 ein Demonstrator entstehen, der zehn Zellen umfasst“, kündigt der Forscher an. „Dieser soll im Rahmen des EU-Projekts „SOLSTICE“ (https://www.solstice-battery.eu/) in Dresden aufgebaut werden.“

Neues Flüssigmetall-Großforschungsgerät Dresdyn für bessere Batterien und Erdkern-Simulation

Die Dynamik von Flüssigmetallen können die Dresdner Helmholtz-Forscher bald auch in größerem Maßstab an einer einzigartigen Anlage erproben: Bald haben sie ihre neue „Dresdyn“-Forschungsanlage fertig. Dabei handelt es sich um einen Behälter, in dem sich flüssiges Metall in mehreren Richtungen rotiert. Damit wollen die Wissenschaftler unter anderem Flüssigmetall-Batterien erforschen, aber auch simulieren, wie unser Planetenkern in Urzeiten das schützende Magnetfeld der Erde gezündet hat.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quelle: HZDR