Die Möglichkeit, große Mengen an Energie in beliebig skalierbaren Größen zu speichern sowie eine lange Lebensdauer sind bereits starke Argumente für Redox-Flow-Batterien. Diese auch als Fluss-Batterien bezeichneten Speichersysteme besitzen jedoch eine Vielzahl an weiteren Vorteilen. Darunter zählt, dass sie im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus nicht brennbar sind und häufig keine knappen Rohstoffe benötigen. Einige Nachteile konnten die Batteriesysteme bisher jedoch nicht überwinden. Mit neuen Ergebnissen des südkoreanischen Forschungsinstituts KAIST könnte das der Vergangenheit angehören.
Nachteile von Natrium-Batterie könnten ausgeräumt sein
Redox-Flow-Batterien bestehen aus Elektrolytflüssigkeiten, die in getrennten Tanks gespeichert werden. Häufig sind darin ein oder mehrere Salze gelöst. Typische Bestandteile von Redox-Flow-Batterien sind Vanadium-Brom, Polysulfid-Bomin oder reines Vanadium. Vanadium-Lösungen sind am weitesten verbreitet, da sie eine hohe Zellspannung erlauben, die wiederum eine leistungsfähige Batterie sicherstellt. Mittlerweile rückt jedoch auch das klassische Natrium als weit verbreitetes Salz verstärkt in den Fokus der Forschung. Im Vergleich zu teureren Salzen ist es in großen Mengen verfügbar und kann so nicht nur leichter für eine Massenfertigung genutzt werden, sondern auch Stromspeicher zu günstigen Preisen ermöglichen. Bisher unterlagen Natrium-Batterien jedoch deutlichen Einschränkungen im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akkus.
Die Lösung des Problems fanden Forscher in einem hybriden Design. Sie verbinden die Natrium-Batterie mit Materialien, die man üblicherweise für sogenannte Superkondensatoren einsetzt. Superkondensatoren (Supercaps) nutzt man seit Langem, um einen Spitzenleistungsbedarf in vielen Elektrogeräten zu decken. Dazu zählt etwa eine Flash-Funktion auf einem Smartphone, die schnell und zuverlässig große Strommengen liefert. Durch die Kombination beider Technologien kann man gleich mehrere Schwierigkeiten ausgleichen. Zum einen die langsame Ladegeschwindigkeit von Batterie-Anoden, zugleich die geringe Speicherkapazität von Superkondensator-Kathoden. Infolgedessen werden mit dem hybriden Design eine schnelle Be- und Entladung bei einer hohen Speicherkapazität möglich.
Die im Labor gefertigten Batteriezellen wiesen laut Forschern sogar eine höhere Energiedichte auf als bei Lithium-Ionen-Batterien. Die Leistungsdichte entsprach dabei der eines Superkondensators. Für die Praxis würde das bedeuten, dass ein solcher Stromspeicher mehr Energie auf geringerem Raum speichern und eine große Leistung für Geräte bereitstellen könnte. Auch der Einbau in ein Elektroauto wäre denkbar. Ein solches Fahrzeug könnte mehr Reichweite erzielen und ließe sich innerhalb von Sekunden aufladen. Durch die hohe Leistung könnte die Batterie sogar für starke Elektromotoren eine Lösung darstellen.
Marktreife für Stromspeicher noch nicht in Sicht
Allerdings ist der neue Hybridspeicher aus Superkondensator und Natrium-Batterie bisher nur unter Laborbedingungen erprobt worden. Die Forscher sehen jedoch auch Möglichkeiten, die erzielten Forschungsergebnisse auf bereits jetzt gebräuchliche Stromspeichersysteme anzuwenden. Bis sich die Technologie für den Massenmarkt eignet, müssen weitere Tests sowie der Bau größerer Prototypen nachfolgen. Es könnten somit noch viele Jahre vergehen, bis die hybriden Natrium-Batterien ihre Marktreife erlangen. Das bedeutet jedoch nicht, dass Redox-Flow-Batterien bis dahin keinen Beitrag zur Energiewende leisten können. Dank der geringen Energiedichte der Batterie eignen sie sich jedoch tendenziell weniger für den Einsatz in Fahrzeugen, auch wenn erste Wagen bereits mit Salzbatterien hergestellt werden. Der Einsatz als Heimspeicher hingegen ist bereits heute verbreitet, die meisten der Systeme setzen jedoch auf die erwähnten Vanadium-Lösungen statt Natriumlösungen, um schon heute die höhere Zellspannung zu erreichen.