Forscher von Elektrofahrzeugen träumten einst davon, mithilfe der Durchflussbatterietechnologie ein emissionsfreies Auto zu bauen, das so weit und breit wie ein Gasmobil sein könnte. Niemand redet mehr viel darüber, aber das US-Energieministerium hat gerade 3 Millionen Dollar auf ein neues Energiespeicherprojekt gewettet, das den Traum Wirklichkeit werden lassen könnte.
Der Traum von einem Flow-Batterie-Elektrofahrzeug…
Für diejenigen unter Ihnen, die mit dem Thema neu sind, ist der „Flow“ in einer Flow-Batterie wörtlich. Die Idee ist, Strom zu erzeugen, indem zwei speziell behandelte Flüssigkeiten nebeneinander fließen. Normalerweise werden die Flüssigkeiten durch eine dünne Membran getrennt, obwohl die Forscher an fortschrittlicher Technologie ohne eine gearbeitet haben.
Mit den richtigen Optimierungen können Durchflussbatterien kostengünstig sein, und sie können aus Rohstoffen hergestellt werden, die reichlich vorhanden, umweltfreundlich und vor geopolitischen Komplikationen geschützt sind. Flow-Batterien sind ideal für die Elektrofahrzeug-Revolution geeignet, nur dass die aktuelle Generation von Flow-Batterie-Systemen relativ groß und teuer ist und sie hinter einem Elektrofahrzeug auf einem Anhänger gekarrt werden müssten.
Autsch!
…ist vielleicht doch keine Fantasie.
Dennoch schlug General Electric im Jahr 2013 ein Elektrofahrzeug mit Durchflussbatterie vor, das ungefähr so lief:
„Ein hydrierter organischer flüssiger Träger wird der Anode einer PEM-Brennstoffzelle zugeführt und dort elektrochemisch dehydriert, wodurch Strom erzeugt wird, während Luftsauerstoff an der Kathode zu Wasser reduziert wird. Um die Durchflussbatterie aufzuladen, werden die Reaktionen umgekehrt und die organische Flüssigkeit wird elektrochemisch rehydriert oder an einer Tankstelle schnell durch die hydrierte Form ersetzt.“
Das GE-Projekt wurde mit Unterstützung der Initiative ARPA-E RANGE zur Verbesserung der Batterien von Elektrofahrzeugen finanziert, aber es scheint nirgendwo hingegangen zu sein. Etwa zur gleichen Zeit wurde ein weiteres Flow-Batterie-Projekt unter dem Dach von ARPA-E gefördert und bald wieder eingestellt.
Einen Schritt näher an einem Elektrofahrzeug mit Flow-Batterie
Die Aufregung um ein Mashup zwischen Flow-Batterien und Elektrofahrzeugen ist wohl nach kurzer Zeit verflogen, weil die Lithium-Ionen-Technologie günstiger und effizienter wird. Dennoch gibt es Anzeichen dafür, dass Flow-Batterien einen Platz in der emissionsfreien Mobilitätswelt der Zukunft finden könnten.
Das bringt uns zum Neuesten Neuigkeiten zu Energiespeichern von der Case Western University, die mit 3 Millionen US-Dollar für die neue Flow-Batterie-Technologie ausgezeichnet wurde.
Um es klar zu sagen, das Team von Case Western zielt nicht auf den Elektrofahrzeugmarkt ab. Sie arbeiten jedoch daran, die Größe von Flow-Batterien auf ein überschaubares System zu reduzieren, das wie jedes andere Gerät in einem typischen Haushalt installiert werden könnte.
Die Rohstoffkosten waren ein Haupthindernis für die weit verbreitete Einführung von Durchflussbatterien, aber die Forscher von Case Western haben mit dem Pacific Northwest Laboratory und anderen Partnern zusammengearbeitet, um die Kosten zu senken. Eine Lösung besteht darin, eine Aufschlämmung auf Eisenbasis zu verwenden.
„Bei Erfolg, diese“Aufschlämmungselektroden-Eisendurchflussbatterien„Bei Case Western Reserve könnten eines Tages einfache kühlschrankgroße Einheiten entwickelt werden, die am Ende eines Stadtblocks oder sogar im Keller eines Hauses aufgestellt werden, um Wind- oder Sonnenenergie für 10 bis 24 Stunden zu speichern“, erklärt die Universität Projektleiter, Professor für Chemieingenieurwesen Jesse Wainright.
Warum keine Lithium-Ionen-Batterien?
Angesichts all der Verbesserungen der Lithium-Ionen-Technologie im Laufe der Jahre stellt sich die Frage, warum eine andere Energiespeichertechnologie benötigt wird. Ein Teil der Antwort ist, dass in den kommenden Jahren Millionen von Elektrofahrzeugen auf die Straße kommen werden, und fast alle von ihnen werden mit Lithium-Ionen-Batterien ausgestattet sein. Kombinieren Sie dies mit dem steigenden Interesse an Energiespeichern zu Hause sowie an gewerblichen und netzbasierten Energiespeichern, und Sie haben ein Rezept für Versorgungsengpässe, steigende Kosten und Umwelteinflüsse.
Auf der positiven Seite könnten reichlich Lithium aus verschiedenen Arten von Sole gewonnen werden, ohne dass ein störender Bergbau erforderlich ist, obwohl die Skalierung und Kommerzialisierung dieser Technologie eine Weile dauern wird.
Interessanterweise könnte Eisen eine Rolle in der Lithium-Ionen-Technologie der nächsten Generation spielen, die dazu beiträgt, mehr Batterien zu geringeren Kosten in Umlauf zu bringen.
Das kann auch dauern. In der Zwischenzeit scheint es ratsam, die Lieferkette zu diversifizieren, anstatt alle Energiespeichereier in einen Korb zu legen.
Jedenfalls scheint das US Army Corps of Engineers so zu denken. Bereits 2018 veranstalteten sie eine Demonstration einer Durchflussbatterie, die von der Firma Energy Storage Systems mit Unterstützung eines ARPA-E-Zuschusses von 2014 entwickelt wurde.
Der lange Weg zu einem Elektrofahrzeug mit Flow-Batterie
Wenn Sie vermuten, dass das Army Corps ein Elektrofahrzeug getestet hat, raten Sie noch einmal. ESS arbeitete an einem stationären Durchflussbatteriesystem, nicht an einem rollenden. ESS tauchte wieder auf der CleanTechnica Radar im Jahr 2019, als wir beobachteten, dass „die US-Verteidigungsministerium — ein großer Fan von Clean Tech — installierte die Energielager™ Flow-Batterie bei Marine Corps Base Camp Pendleton in San Diego, wo seit 2011 erneuerbare Energien im Kommen sind.“
Das Unternehmen hat sich auch an der Energiewende für ländliche Stromgenossenschaften beteiligt, was eine große Sache ist, wenn man bedenkt, dass Stromgenossenschaften den Saft für einen guten Teil der USA liefern.
Sozialismus!
Wo waren wir? Oh richtig, zuletzt haben wir gehört, dass ESS seine Energiespeichertechnologie auf mehr als 12 Stunden erhöht hat, also bleiben Sie dran, um mehr darüber zu erfahren.
Wenn Sie immer noch von einem Elektrofahrzeug mit Durchflussbatterie träumen, scheint der Traum noch lebendig zu sein. Vor nicht allzu langer Zeit hat die University of Glasgow in Schottland die Idee von ein Flow-Batterie-Wasserstoff-Mashup das könnte das machen:
„Ein potenzieller Vorteil dieses Systems besteht darin, dass Elektroautos in Sekunden aufgeladen werden könnten, da das Material eine pumpbare Flüssigkeit ist. Das könnte bedeuten, dass die Batterie eines Elektroautos in etwa so lange „aufgeladen“ werden könnte wie Benzinautos. Gleichzeitig würde die alte Batterieflüssigkeit entfernt und wieder einsatzbereit aufgeladen.“
Aber warten Sie, es gibt noch mehr.
Das Forschungsteam ist „überzeugt, dass dieses Ergebnis dazu beitragen wird, den Weg zu ebnen für die Entwicklung neuer Energiespeichersysteme, die in Elektroautos eingesetzt werden könnten, für die Speicherung erneuerbarer Energie und die Entwicklung von Elektro-zu-Gas-Energiesystemen für den Fall, dass a Kraftstoff benötigt wird“, schwärmte die University of Glasgow.
Sie zitieren den Co-Leiter des Forschungsteams, Professor Leroy (Lee) Cronin, der sagte, dass „unser Ansatz… Darüber hinaus könnte die sehr hohe Energiedichte unseres Materials die Reichweite von Elektroautos erhöhen und auch die Widerstandsfähigkeit von Energiespeichern erhöhen, um in Spitzenlastzeiten das Licht anzuschalten.“
Das war 2018 und seitdem könnte viel passieren, also bleiben Sie dran, um mehr zu diesem Thema zu erfahren.
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Foto: Flow-Batterie-Forschung am Pacific Northwest National Laboratory (mit freundlicher Genehmigung von PNNL).
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