Partikeldesign soll neuartigen Eisen-Slurry/Luftspeicher verbessern

Als eine aussichtsreiche Alternative zu herkömmlichen Batteriekonzepten hat sich der Eisen-Slurry/Luftspeicher herausgestellt, in dem Eisen als umweltfreundliche, kostengünstige und leicht verfügbare Batteriemasse im Slurry genutzt wird. Anstelle einer herkömmlichen festen Eisenelektrode wird bei diesem neuartigen Speicher eine eisenhaltige Batteriemasse während des Betriebs in Form eines Slurrys durch die Batteriezelle gefördert. Auf diese Weise ist die zusätzliche Speicherung von Energie in einem Reservoir außerhalb der Zelle möglich, was dieses Batteriekonzept für die stationäre Speicherung von großen Energiemengen interessant macht. Der Slurry besteht aus aktiven Partikeln auf Eisenbasis in einer alkalischen Lösung und zusätzlichen Additiven zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit. Eine der größten Herausforderungen des neuartigen Batteriekonzepts besteht darin, eine zufriedenstellende Wiederaufladbarkeit zu erreichen. Grund für die unzureichende Wiederaufladbarkeit sind die erheblichen Kontaktwiderstände, die durch die geringe Leitfähigkeit der entladenen Eisenpartikel und den Eisenablagerungen auf der stromableitenden Elektrode entstehen. In dem Gemeinschaftsprojekt FeEnCap befassen sich die Unternehmen VARTA, IBU-tec, inprotec und Walter Lemmen mit den Herausforderungen, die mit Eisen-Slurry/Luft-Akkumulatoren verbunden sind. Dabei werden sie vom Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9) des Forschungszentrums Jülich und dem VDEh-Betriebsforschungsinstitut wissenschaftlich unterstützt.

Ein im Rahmen des Forschungsprojekts vielversprechender Lösungsansatz ist die Verwendung von Kern/Schale-Partikeln, die aus einem Kern auf Eisenbasis und einem elektrisch leitfähigen Schalenmaterial bestehen. Dieser Ansatz zielt darauf ab, den Kontaktwiderstand zwischen den Partikeln zu verringern und die Bildung von Ablagerungen auf der Entladungselektrode zu verhindern. Darüber hinaus wird erwartet, dass die Erforschung alternativer Verbundmaterialien und die Weiterentwicklung der Slurry-Zelle zu einer erheblichen Leistungssteigerung der Eisen-Slurry-Speicher beiträgt. Das deutlich verbesserte Lade- und Entladeverhalten der Slurrys mit neuem Materialdesign soll in einem kleinen fortgeschrittenem Akkumulatorsystem demonstriert werden. In den letzten Jahren hat die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie den Bedarf an nachhaltigen stationären Energiespeichersystemen erheblich gesteigert. Das gesamte Potenzial der erneuerbaren Energien kann jedoch erst dann ausgeschöpft werden, wenn überschüssige Energie in großem Umfang gespeichert und bei Bedarf genutzt werden kann. Zur Vermeidung von zusätzlichen Umweltbelastungen und Verringerung der Ressourcenabhängigkeit wurde in den letzten Jahren die Entwicklung von Batterien, die umweltfreundliche, kostengünstige und leicht verfügbare Elektrodenmaterialien verwenden, vorangetrieben. Aus diesen Gründen bieten u. a. eisenhaltige Elektrodenmaterialen für die stationäre Speicherung von großen Energiemengen Vorteile. Der Eisen-Slurry/Luftspeicher wurde als neuartiges Batteriekonzept im Rahmen des BMBF-Verbundprojekts FeEnergy eingeführt. Ein Proof-of-Concept hat die prinzipielle Funktion des Eisen-Slurry/Luftspeichers bewiesen. Das kürzlich gestartete und vom BMBF geförderte Gemeinschaftsprojekt FeEnCap mit dem Titel „Gekapselte Eisenmaterialien für Eisen-Slurry/Luft-Akkumulatoren zur stationären Energiespeicherung mit hoher Kapazität“ (Förderkennzeichen 03XP0188A-F) widmet sich daher der Weiterentwicklung dieses Speichers.