Nachhaltige Energiespeicher: Batterien ohne Schwermetalle

Nachhaltige Batteriespeicher: Batterien ohne Schwermetalle

Die Universität Jena arbeitet am Zentrum für Energie- und Umweltchemie an der Entwicklung von zukunftsweisenden Batterien. Diese Batterien der Zukunft zeichnen sich durch ihre Umweltfreundlichkeit, Effizienz und ihre Kompatibilität mit den Anforderungen erneuerbarer Energiequellen aus. In einer Folge der Smart-Regions-Serie steht das Thema nachhaltige Energiespeicherung im Fokus.

Erneuerbare Energien spielen eine entscheidende Rolle beim Ausstieg aus der Kohle. Mit der zunehmenden Bedeutung regenerativer Energieerzeugungsmethoden wächst auch die Notwendigkeit, den erzeugten Strom zuverlässig speichern zu können.

Forscher an der Friedrich-Schiller-Universität Jena haben eine Lösung für dieses Problem gefunden. Sie haben neuartige Polymerelektrolyte für Redox-Flow-Batterien entwickelt. Diese Moleküle besitzen Eigenschaften, die den wetterbedingten Schwankungen in der Energieerzeugung entgegenwirken können, beispielsweise durch zu viel oder zu wenig Wind oder Sonne.

«Das bedeutet, dass wir die Energie zwischenspeichern müssen, um sie nutzen zu können, selbst wenn es beispielsweise eine Flaute gibt», erklärt Prof. Dr. Ulrich S. Schubert vom Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) an der Friedrich-Schiller-Universität. «Die sogenannte Redox-Flow-Batterie eignet sich perfekt dazu, große Mengen an Energie zu speichern. Die neuen Batterien auf Polymerbasis können pro Kilogramm fast genauso viel Energie speichern wie Lithiumbatterien. Aufgrund ihres geringen Gewichts benötigen Kunststoffe jedoch ein größeres Volumen, um diese Energie zu speichern.»

Umweltfreundlichere und flexiblere Energiespeicher sind das Ziel. Die neuen Redox-Flow-Batterien sind umweltfreundlicher als bisherige Modelle, da sie keine giftigen Metallverbindungen wie Blei und Lithium enthalten. Statt dessen werden als Elektrolyt kleine Moleküle oder Polymere eingesetzt, vergleichbar damit, wie Salz in Wasser gelöst wird. Bei ausreichend Wind und verfügbarer Stromerzeugung kann ein Elektron von einem aktiven Material abgegeben und in ein anderes aktives Material eingespeist werden, wodurch der Strom gespeichert wird.

Fakten & Zahlen
Das Projekt erhielt Investitionen in Höhe von rund einer Million Euro, wovon mehr als 800.000 Euro aus der Kohäsionspolitik der EU stammen.

Das Zentrum für Energie- und Umweltchemie in Jena hat außerdem eine extrem dünne Batterie entwickelt, die weniger als einen Millimeter dick sein kann. Diese Batterie eignet sich zur Versorgung kleiner Geräte wie Internet-of-Things-Instrumente oder medizinische Sensoren. Sie besteht aus zwei Platten, zwischen denen der Stromkreislauf komprimiert ist. Alexandra Lex-Balducci, leitende Forscherin am Zentrum für Energie- und Umweltchemie, betont:

«Das Besondere an dieser Art von Batterien ist ihre Flexibilität und die Möglichkeit, sie mit Drucktechniken herzustellen. Außerdem verwenden wir vollständig metallfreie Ausgangsmaterialien. Im Vergleich zu anderen flexiblen Batterien sind sie zudem wiederaufladbar und können mehrmals verwendet werden.»

Diese Energiespeichersysteme werden in naher Zukunft marktreif sein. Da sie aus leicht verfügbaren Materialien in Europa hergestellt werden, tragen sie zu einer umweltfreundlichen und stabilen Energieversorgung für europäische Länder bei.