Es strömt mehr erneuerbare Energie ins Netz, was die Nachfrage nach neuen, kostengünstigen Energiespeichersystemen ankurbelt. Ein europäisches Konsortium hat eine neue Lösung gefunden, die dieser Anforderung gerecht werden könnte: Zinkbatterien im Netzmaßstab, die gleichzeitig als Generatoren für grünen Wasserstoff dienen. Das ist ein großer Fortschritt für Zink, das bisher im Bereich der Energiespeicherung eine untergeordnete Rolle spielt.
Irgendwann kommen Zinkbatterien im Netzmaßstab
Aufgrund ihrer relativ geringen Kosten und der Fülle an Rohstoffen haben Zinkbatterien aufgrund ihrer potenziellen Verwendung in großen Energiespeichersystemen Aufmerksamkeit erregt. Zinkbatterien verfügen außerdem über einen Elektrolyten auf Wasserbasis, was ihnen einen Sicherheitsvorteil gegenüber dem brennbaren Elektrolyten von Lithium-Ionen-Batterien verschafft. Aufgrund des Sicherheitsaspekts eignen sich Zinkbatterien auch gut für Energiespeichersysteme zu Hause.
Noch ist nichts davon passiert. Am häufigsten findet man Zinkbatterien in Taschenlampen und anderen Kleingeräten. Ihre Anwendung bei der Energiespeicherung im großen Maßstab wurde durch ihre Unfähigkeit, den Tausenden von Lade-Entlade-Zyklen standzuhalten, die für eine kostengünstige Energiespeicherung im Netzmaßstab erforderlich sind, eingeschränkt.
Das könnte sich bald ändern. Neu veröffentlichte Forschungsergebnisse der Oregon State University deuten darauf hin, dass ein neuer Elektrolyt das Problem lösen könnte.
„Zinkmetallbatterien sind eine der führenden Kandidatentechnologien für die Energiespeicherung im großen Maßstab. Unser neuer Hybridelektrolyt verwendet Wasser und ein gewöhnliches Batterielösungsmittel, das nicht brennbar, kostengünstig und von geringer Umweltbelastung ist“, erklärt Forschungsteamleiter Xiulei „David“ Ji vom OSU College of Science.
Ji und sein Team gingen das Problem der Coulomb-Effizienz an, die bei herkömmlichen Zinkbatterien schmerzlich fehlt. Das Aufladen gelingt ihnen zwar gut, aber die Zinkanode möchte beim Entladen, wenn sie im Elektrolyten gelöst ist, ihre Elektronen nicht abgeben.
Mit dem neuen Elektrolyten erreichte das OSU-Team einen Coulomb-Wirkungsgrad von 99,95 %, was dem Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Batterien entspricht.
Dunkelflauten & Wasserstoff produzierende Zinkbatterie der Zukunft
Die schlechte Coulomb-Leistung herkömmlicher Zinkbatterien ist darauf zurückzuführen, dass Zink in Wasser eine parasitäre Reaktion auslöst, bei der Wasserstoff entsteht. Wenn in Ihrem Kopf die grünen Wasserstoffglocken läuten, sind Sie nicht der Einzige.
Grüner Wasserstoff bezieht sich auf Wasserstoffgas, das durch Elektrolysesysteme aus Wasser hergestellt wird, wobei der Strom durch erneuerbare Energien bereitgestellt wird (viel mehr). CleanTechnica Die Berichterstattung finden Sie hier). Die Verbindung zur Zinkbatterietechnologie hat die Aufmerksamkeit eines europäischen Forschungsteams unter der Leitung des Fraunhofer IZM in Deutschland erregt.
Wie das Fraunhofer IZM beschreibt, zielt das neue System auf eine ganzheitliche Lösung des Problems ab dunkelflautendas ist das deutsche Wort für Zeiträume, in denen eine dichte Wolkendecke die Stromerzeugung aus Wind- und Solarressourcen behindert.
„Ausgehend von bewährten Batteriedesigns mit Zinkanoden ergänzen die Forscher durch die alkalische Wasserelektrolyse eine völlig neue Technologie“, erklärt das Fraunhofer IZM.
Beim Laden der Batterie oxidiert Wasser zu Sauerstoff und Zinkoxid reduziert sich zu metallischem Zink. Die Magie des grünen Wasserstoffs entsteht während des Entladezyklus, wenn metallisches Zink wieder zu Zinkoxid reduziert wird und das Wasser ebenfalls reduziert wird, wodurch Wasserstoffgas freigesetzt wird.
„Dies ist eine einzigartige Kombination aus einer regulären Batterie und einer Wasserstoffquelle mit einem Gesamtwirkungsgrad der elektrischen Speicherung von 50 %, was doppelt so hoch ist wie der Wirkungsgrad anderer, derzeit bevorzugter Power-to-Gas-Systeme“, schwärmt Dr. Robert Hahn von Fraunhofer IZM, der das Projekt koordiniert.
Nächste Schritte zur Energiespeicherung von Zink
Halten Sie nicht den Atem an für die neue Zink-Gitterwaage, dunkelflauten-kämpfendes Energiespeichersystem der Zukunft. Das Werk befindet sich noch in der Entwicklungsphase. Die Labortestphase nähert sich jedoch dem Ende und das Team geht davon aus, dass bis Ende des Jahres eine Demonstrationseinheit mit acht Zellen in Betrieb sein wird.
Wenn alles nach Plan verläuft, wird das Ergebnis ein System sein, das sowohl Strom als auch Wasserstoff nach Bedarf produziert. Das mag überflüssig erscheinen, aber Wasserstoff ist ein transportables Energiemedium, das Lücken schließen und Engpässe bei der Stromübertragung beseitigen kann.
„Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithiumbatterien sind Zinkbatterien wesentlich günstiger und benötigen nur leicht verfügbare, vollständig recycelbare Materialien (Stahl, Zink und Kaliumhydroxid)“, fügt das Fraunhofer IZM hinzu.
Zinkbatterie löst das Dendritenproblem
Auch das Team des Fraunhofer IZM ist zuversichtlich, das Dendritenproblem im Griff zu haben. Dendriten sind haarige, baumartige Wucherungen, die sich in Lithium-Ionen-Batterien bilden und deren Effizienz im Laufe der Zeit einschränken. Das Gleiche kann auch bei Zinkbatterien passieren.
„Erste Tests mit einzelnen Zellen haben sehr vielversprechende Ergebnisse geliefert: In einem realistischen Nutzungszyklus mit saisonalen Schwankungen des Tageslichts und im täglichen Einsatz zur Speicherung von Solarstrom sollen die günstig zu bauenden Katalysatoren eine Lebensdauer von zehn Jahren und mehr ermöglichen “, berichtet Fraunhofer.
Zehn Jahre mögen für eine Energiespeicherlösung im Netzmaßstab relativ kurz erscheinen, aber das Forschungsteam geht davon aus, dass die niedrigen Kosten von Zinkbatterien die Kosten für den Austausch eines Batterie-Energiespeichersystems nach 10 Jahren statt nach 15 oder mehr ausgleichen könnten.
Es steht bereits Geld auf dem Spiel. Das Zinkbatterieprojekt ist ein öffentlich-privates Unterfangen der Unternehmen Zn2H2 GmbH Und Steel PRO Maschinenbau GmbH zusammen mit Fraunhofer und anderen institutionellen Teilnehmern an Bord.
Das Zeitalter des Zinks
Das Zeitalter der Lithium-Ionen-Technologie ist noch lange nicht vorbei, Zink beginnt, seine Außenstimme zu nutzen. Neben Zink-Metall-Batterien, wie sie das Fraunhofer-Team derzeit entwickelt, ist auch die Zink-Luft-Technologie im Rennen um die Energiespeicherung im Netzmaßstab.
Auch das US-Energieministerium interessiert sich für Zink für Elektrofahrzeugbatterien. Das ARPA-E-Büro der Agentur finanzierte eine Spitzentechnologie Forschungsprojekt für Zink-Luft-Batterien für Elektrofahrzeuge Damals im Jahr 2010, als Zinkbatterien noch als nicht wiederaufladbar galten.
Dieses Projekt scheint ins Stocken geraten zu sein, aber eine Zink-Luft-Batterie-Auszeichnung zum Startup EnZinc im Jahr 2014 scheint gescheitert zu sein. Enzink hat auch Fördermittel aus Kalifornien erhalten, und Anfang dieses Monats wurde das Unternehmen mit dem ausgezeichnet Coup de Coeur Preis des World Materials Forum.
Ein weiteres Beispiel für Innovation im Zink-Luft-Bereich stammt von einem Forschungsteam in China, das ein Zink-Luft-System vorgeschlagen hat, das Magnetfelder zur Verbesserung der Energiedichte einsetzt. verhindern die Bildung von Dendritenund reduzieren parasitäre Reaktionen.
Innovatoren von Flow-Batterien haben auch Zink in eine neue Version integriert Zink-Cer-Formel hat in den letzten Monaten mehr Aufmerksamkeit erregt.
Was Energiespeichersysteme für Privathaushalte anbelangt, begann der führende US-Hausbauer Horton World Solutions im vergangenen Herbst mit der Ausarbeitung von Plänen zur Integration modularer Energiespeichersysteme aus Zink in Baupläne. Bleiben Sie also auf dem Laufenden, um mehr darüber zu erfahren.
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Bild: Zinkbatterien für kostengünstige Energiespeichersysteme Mit freundlicher Genehmigung des Fraunhofer IZM.
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