Stromspeicherung: Forscher erreichen Effizienzsprung durch neuartige Membran

Aachen/Seoul – Speichertechnologien gelten als Schlüsseltechnologie in der Energiewirtschaft, insbesondere im Stromsektor. Wissenschaftlern einer deutsch-koreanischen Forschungskooperation ist nun eine wesentliche Verbesserung einer zentralen Komponente für die Entwicklung neuer Energiespeichersysteme gelungen.

Es geht um die Verbesserung einer Membran, die zur Trennung der Elektrolyte in einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie dient. Redox-Flow-Batterien gelten als mögliche Zukunftstechnologie für eine hocheffiziente Energiespeicherung.

Wasser stellte bisher größtes Problem dar

Eine Redox-Flow-Batterie speichert Energie in Form von Elektrolyten, die in zwei separaten, von einer Membran getrennten, Kreisläufen vorliegen. Die Speicherkapazität einer solchen Batterie hängt von der Menge der Elektrolyte ab und kann individuell an die Anwendung angepasst werden. Wenn die Batterie geladen oder entladen wird, werden die Ionen in den beiden Elektrolyten chemisch reduziert beziehungsweise oxidiert und gleichzeitig wandern Protonen durch die trennende Membran. Wesentliche Rolle einer solchen Membran ist es, einerseits die energiespeichernden Elektrolyte in den beiden Kreisläufen voneinander zu trennen. Andererseits müssen die Protonen die Membran beim Lade- und Entladevorgang der Batterie problemlos passieren können.

Als Maßstab galt bislang eine Membran aus dem Polymer Nafion. Allerdings sind Nafion und Nafion-ähnliche Polymere durch Wasser gequollen, sodass sie nur eine limitierte Barriere-Funktion für die Ionen haben.

Wissenschaftler verwenden völlig anderen Ansatz

Bislang versuchten Wissenschaftler, dieses Problem zu lösen, indem sie die molekularen Strukturen der Membran veränderten. Die Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien (DWI) an der RWTH Aachen und der Hanyang University in Seoul haben einen völlig anderen Ansatz gewählt. „Wir arbeiten mit einer hydrophoben, also wasserabweisenden Membran. Die Membran quillt nicht im Wasser und bleibt daher stabil“, erklärte Prof. Dr.-Ing. Matthias Wessling, stellvertretender wissenschaftlicher Direktor am DWI und Inhaber des RWTH-Lehrstuhls für chemische Verfahrenstechnik. „Wir waren sehr positiv überrascht, als wir festgestellt haben, dass sich in dem hydrophoben Material winzige Poren und Kanäle ausbilden, in denen Protonen problemlos und mit hoher Geschwindigkeit durch die Membran gelangen können, während die Vanadium-Ionen aufgrund ihrer Größe zurückgehalten werden“, so Wessling.

Energieeffizienz bei bis zu 99 Prozent

Je nach Stromstärke konnte mit dieser neuen Membran eine Energieeffizienz von bis zu 99 Prozent erreicht werden. Konventionelle Systeme erreichten lediglich 76 Prozent. Die Wissenschaftler aus Aachen und Seoul wollen nun weitere Tests durchführen um zu einer verlässlichen Stromversorgung bei Nutzung nachhaltiger Energiequellen beizutragen.

Quelle: IWR Online