Neue Flow-Batterie soll an einer sanierten Tankstelle aus den 1970er Jahren getestet werden

Melden Sie sich an für Tägliche Nachrichten-Updates von CleanTechnica per E-Mail. Oder Folgen Sie uns auf Google News!

---

Die neue Flow-Batterie-Technologie steht am Rande des Energiespeicherbereichs und wird von einer scheinbar endlosen Kaskade von Verbesserungen im bekannten Bereich der Lithium-Ionen-Batterien überschattet. Dennoch könnten Flussbatterien dazu beitragen, mehr Wind- und Solarenergie zu erschließen, zusammen mit potenziellen Vorteilen wie geringeren Kosten, längerer Lebensdauer und einem geringeren ökologischen Fußabdruck. Ein solches Gerät wird derzeit in Chicago an einer umgebauten Tankstelle aus den 1970er Jahren getestet, die mit Ladestationen für Elektrofahrzeuge ausgestattet ist.

Langfristige Energiespeicherung zum Laden von Elektrofahrzeugen

Die Flow-Batterie-Technologie basiert im wahrsten Sinne des Wortes auf der Fähigkeit zweier spezialisierter Flüssigkeiten, Elektrizität zu erzeugen, während sie nebeneinander fließen und durch eine dünne Membran getrennt sind. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien lässt sich eine Flow-Batterie relativ einfach vergrößern, indem man die Tanks mit den Flüssigkeiten vergrößert (mehr über Flow-Batterien erfahren Sie hier).

Die Forschung zu Durchflussbatterien reicht bis ins 19. Jahrhundert zurück, doch ihre Anwendung auf die Energiespeicherung im Netzmaßstab erlangte erst großes Interesse, als Anfang der 2000er Jahre große Mengen intermittierend verfügbarer Elektrizität – nämlich Wind- und Solarenergie – in das Netz eingespeist wurden.

Lithium-Ionen-Batterien haben bei der Bewältigung dieser immer wiederkehrenden Ressourcen bislang hervorragende Arbeit geleistet. Sie halten jedoch nur einen Teil eines Tages. Es werden mehr Energiespeicher für längere Zeiträume benötigt, da Wind- und Solarenergie mehr fossile Kraftwerke ersetzen.

Da immer mehr Elektrofahrzeuge auf die Straße kommen, wird in einer konsequenten, parallelen Entwicklung mehr Strom zum Laden von Elektrofahrzeugen benötigt, was sich auch auf den Bedarf an langfristiger Energiespeicherung auswirken wird.

Eine neue Flow-Batterie mit einem Solid-State-Twist

Das US-Energieministerium hat verschiedene Langzeitlösungen für das Laden von Elektrofahrzeugen untersucht, und die neueste Lösung, die Aufmerksamkeit erregt, ist ein Flow-Batteriesystem, das vom deutschen Startup CMBlu unter dem Markennamen SolidFlow entwickelt wurde.

Das mag wie ein Oxymoron erscheinen, aber der Name bezieht sich auf eine Kombination aus Flow-Batterie-Technologie und Festkörpertechnologie.

„Energiewandlerstapel sind das Herzstück unserer modularen Redox-Flow-Batterietechnologie“, erklärt CMBlu.

„Sowohl Reduktion als auch Oxidation, die zentralen elektrochemischen Prozesse, finden in diesen Stapeln statt, obwohl sie physisch voneinander getrennt sind“, fügt das Unternehmen hinzu. „Die Batterieleistung hängt vom Material und der Oberfläche der Elektroden sowie der Kinetik des Redoxprozesses ab. Eine Erhöhung der Stapelgröße führt zu einer höheren Leistung.“

Was die Dauer angeht, halten Lithium-Batterie-Arrays im Allgemeinen etwa 4 bis 6 Stunden, obwohl einige neue Formeln sich einem Zeitrahmen von 8 Stunden nähern. CMUblu gibt an, dass seine Flow-Batterie zwei bis drei Mal länger pro Zyklus halten kann als ein typisches 4-Stunden-Lithium-Ionen-Array.

Laden von Elektrofahrzeugen mit einer Flow-Batterie an einer sanierten Tankstelle aus den 1970er Jahren

Die neue Batterie von CMBlu wird im Smart Energy Plaza, einer ehemaligen Tankstelle im Argonne National Laboratory in Chicago, einer Zweigstelle des US-Energieministeriums, getestet.

Die Tankstelle wurde in den 1970er Jahren für das Labor gebaut. Die Anlage wurde saniert und als Smart Energy Plaza umfunktioniert und dient der Forschung die Integration des Ladens von Elektrofahrzeugen mit erneuerbarer Energie, Gebäudesystemen und Energiespeicherung.

„Die Anlage bietet Platz für eine Reihe von Geräten, mit netzgekoppelter Leistung von bis zu 2 MW und 80 kW Solarenergie, die über verschiedene Spannungsschienen im Gebäude verfügbar sind (gewerbliche 480 VAC und 208 VAC, private 240/120 VAC und Gleichstromverteilung)“ Argonne-Notizen.

Der Test arbeitet Argonne mit dem Idaho National Laboratory zusammen, mit dem Ziel, die Technologie für den Einsatz in widerstandsfähigen Mikronetzen und beim Laden von Elektrofahrzeugen zu validieren.

„Das Verbundprojekt zielt darauf ab, Mikronetze in kalten Klimazonen zu verbessern und herzustellen Schnellladen von Elektrofahrzeugen in unterversorgten Gemeinden erschwinglicher“, bemerkt Argonne und fügt hinzu, dass Mikronetze häufig in abgelegenen Gegenden und Krankenhäusern oder anderen kritischen Standorten eingesetzt werden. Auch das US-Verteidigungsministerium hat Mikronetze als Ersatz für Dieselkraftstoff eingeführt.

Flow-Batterien zum Laden von Elektrofahrzeugen bei kaltem Wetter

Wenn Ihnen das kalte Klima aufgefallen ist, ist das ein wichtiger Gesichtspunkt für Energiespeichersysteme.

Neben der Validierung der CMBlu-Technologie freuen sich die beiden nationalen Labore darauf, ihr Fachwissen über Flow-Batterien unter Beweis zu stellen. Die Labore in Argonne und Idaho wurden vom Energieministerium speziell für den Test ausgewählt.

„Diese preisgekrönte Arbeit bietet eine einzigartige Möglichkeit, die Stärken von INL und Argonne zur Erforschung der Leistung von Durchflussbatterien bei kälteren Temperaturen als Raumtemperatur zu demonstrieren, die für den Energiespeicherbedarf in nördlichen Breitengraden und bei winterlichen Bedingungen relevant sind“, schwärmte Kevin Gering, der den Titel trägt angesehener wissenschaftlicher Mitarbeiter am INL.

Zusätzlich zu den im Smart Energy Plaza gesammelten Microgrid-Daten wird die SolidFlow-Batterie auch Leistungstests im INL Battery Test Center in Idaho unterzogen, einschließlich einer Leistungsbewertung bei verschiedenen Temperaturen.

„Diese strengen Tests sind entscheidend, um die Zuverlässigkeit der Technologie in verschiedenen Umgebungen sicherzustellen“, betont Argonne.

Flow-Batterien können helfen, nicht schaden, Lithium-Ionen-Batterien

CMBlu ist insbesondere daran interessiert, SolidFlow als Lösung zum gleichzeitigen Schnellladen mehrerer Elektrofahrzeuge zu fördern. Anstatt die aus dem Netz verfügbare Strommenge zu erhöhen – was unter bestimmten Umständen praktisch unmöglich ist – kann eine Flow-Batterie eingesetzt werden, um zusätzliche Speicherkapazität für Spitzenladezeiten aufzubauen.

Eine Flow-Batterie kann auch außerhalb der Netzlastzeiten von niedrigeren Tarifen profitieren, um Energie zu speichern und so die Ladekosten für Elektrofahrzeuge zu senken. Darüber hinaus kann der Anschluss an Solarmodule und andere lokale erneuerbare Energiequellen dazu beitragen, Kosten zu senken und die Ausfallsicherheit zu verbessern.

Abhängig von den örtlichen Versorgungsvorschriften könnten Ladestationsbesitzer die Flow-Batterie auch dazu nutzen, überschüssige Kapazität an das Netz zurückzuverkaufen. CMBlu weist darauf hin, dass sein System softwarefähig ist, um solche Transaktionen mit Energiegroßhandelsmärkten zu erleichtern.

Ein potenzieller Vorteil für die Lieferkette von Elektrofahrzeugen wäre, dass stationäre Durchflussbatterien dazu beitragen würden, mehr Ressourcen für mobile Energiespeicheranwendungen freizusetzen. Anstelle der aktuellen Situation, in der Lithium und andere kritische Materialien in stationäre Energiespeicher umgeleitet werden, könnten sie alle in die Automobil-Lieferkette für Elektrofahrzeuge fließen.

Flow-Batterien und Umweltauswirkungen

Flow-Batterien könnten eines Tages in Elektrofahrzeugen auftauchen, obwohl dieser Tag noch in weiter Ferne liegt. Im Moment geht es um stationäre Energiespeicherung, und die Interessenvertreter von Flow-Batterien möchten unbedingt die Umweltvorteile von Flow-Batteriesystemen gegenüber der Lithium-Ionen-Technologie hervorheben.

CMBlu weist beispielsweise darauf hin, dass Flow-Batterien nicht die Metalle und seltenen Erden verwenden, die für Systeme auf Lithiumbasis erforderlich sind. Sie sind außerdem ungiftig und nicht brennbar.

„Unsere organischen Elektrolyte sind frei von seltenen Materialien und Konfliktrohstoffen aus prekärem, ökologisch bedenklichem Bergbau“, fügt CMBlu hinzu. „Außerdem sind sie vollständig recycelbar.“

Abgesehen von der Validierung im Labor steht in den USA auch ein realer Test der CMBlu-Technologie an. Im August unterzeichnete der gemeinnützige öffentliche Energieversorger Salt River Project in Arizona ein Flow-Batterie-Pilotprojekt, um die langfristige Energiespeicherung im Raum Phoenix zu demonstrieren.

Die 5-Megawatt-Flow-Batterie erfüllt den 10-Stunden-Zeitraum, den das Energieministerium als Mindestmaßstab für Langzeit-Energiespeichersysteme festgelegt hat.

Das Phoenix-System wird voraussichtlich im Dezember 2025 betriebsbereit sein und in Milwaukee läuft derzeit ein weiteres Pilotprojekt. Bleiben Sie also auf dem Laufenden, um mehr darüber zu erfahren.

Folgen Sie mir @tinamcasey auf Bluesky, Threads, Post und LinkedIn.

Bild: Das Energieministerium Smart Energy Plaza in Chicago wird als Testumgebung für die neue Flow-Batterie-Technologie dienen (mit freundlicher Genehmigung des Argonne National Laboratory).