{"id":93040,"date":"2023-08-02T08:52:20","date_gmt":"2023-08-02T06:52:20","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=93040"},"modified":"2023-08-12T17:08:25","modified_gmt":"2023-08-12T15:08:25","slug":"neue-zink-batterie-produziert-zusaetzlich-wasserstoff","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/neue-zink-batterie-produziert-zusaetzlich-wasserstoff\/","title":{"rendered":"Neue Zink-Batterie produziert zus\u00e4tzlich Wasserstoff"},"content":{"rendered":"\n

Mit einem Zehntel der Kosten zur Energiewende: Zink-Batterie hat doppelten Wirkungsgrad und produziert Wasserstoff.<\/p>\n\n\n\n

Auch im Winter mit Solarstrom heizen \u2013 mit der Energiewende soll eine klimavertr\u00e4gliche Zukunft gesichert werden. Solang jedoch effiziente Speichertechnologien fehlen, bleibt die Abkehr von fossilen Energietr\u00e4gern eine Herausforderung. <\/p>\n\n\n\n

Ein deutsches Forschungskonsortium unter der Leitung des Fraunhofer IZM setzt genau hier an und entwickelt eine neuartige und kosteng\u00fcnstige Zink-Batterie, die nicht nur als Langzeitspeicher von Energie, sondern auch zur Wasserstoffproduktion genutzt werden kann. Erste Tests weisen einen Wirkungsgrad von 50% zur Stromspeicherung und 80% zur Wasserstofferzeugung bei einer prognostizierten Lebensdauer von zehn Jahren aus. In einer Kombination aus Grundlagenforschung und Entwicklung eines Demonstrators werden im Projekt Zn-H2 die Weichen f\u00fcr eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende gestellt.<\/p>\n\n\n\n

Die Energiewende stellt Deutschland vor gro\u00dfe Herausforderungen, insbesondere wenn es um die Speicherung gr\u00fcner Energie geht. W\u00e4hrend erneuerbare Quellen wie die Wind- und Sonnenenergie immer wirtschaftlicher werden, fehlt es bisher an kosteng\u00fcnstigen und effizienten Speichertechnologien, die das gesamte Land \u00fcber l\u00e4ngere Zeit mit gr\u00fcner Energie versorgen k\u00f6nnten. Zudem entstehen durch die fluktuierende Natur von Wind- und Sonnenenergie Schwankungen in der Stromerzeugung, so genannte Dunkelpausen, die aktuell durch den Einsatz konventioneller Kraftwerke ausgeglichen werden m\u00fcssen. Das f\u00fchrt dazu, dass eine doppelte, energieaufw\u00e4ndige Infrastruktur dauerhaft instandgehalten werden muss, fossile Brennstoffe weiterhin eine wichtige Rolle spielen und damit die Umstellung auf erneuerbare Energien erschwert wird.<\/p>\n\n\n\n

Ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen und den Firmen Zn2H2 GmbH und Steel PRO Maschinenbau GmbH setzt im Projekt Zn-H2 auf innovative L\u00f6sungen, gr\u00fcne Energie zu speichern. Die Vision ist es, eine langlebige Batterie aufzubauen, die explizit f\u00fcr eine Langzeitspeicherung geeignet ist: Ausgehend von bereits bekannten L\u00f6sungen im Batteriebereich mit Zink-Anode kombinieren die Forschenden diese Technologie mit der alkalischen Wasser-Elektrolyse und entwickeln eine neuartige Speichertechnologie. Anders als herk\u00f6mmliche Lithium-Akkus sind Zink-Speicher n\u00e4mlich wesentlich kosteng\u00fcnstiger, und verwenden leicht verf\u00fcgbare Rohstoffe (Stahl, Zink, Kaliumhydroxid) und sind recycelbar. Ein weiterer Clou: Sie erm\u00f6glichen die bedarfsgerechte Produktion von Wasserstoff. Schlussendlich sollen also elektrisch aufladbare Wasserstoffspeicher entwickelt werden, die Energie in Form von metallischem Zink speichern und bedarfsgerecht Elektrizit\u00e4t und Wasserstoff bereitstellen.<\/p>\n\n\n\n

Dr. Robert Hahn vom Fraunhofer IZM koordiniert das Projekt und erkl\u00e4rt, was auf chemischer Ebene in der Batterie passiert: \u201eW\u00e4hrend des Aufladens oxidiert Wasser in der Batterie zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert. Bei der bedarfsgerechten Entladung der Speicherzelle wird das Zink wieder in Zinkoxid umgewandelt. Das Wasser wird wiederum reduziert, so dass Wasserstoff erzeugt und freigesetzt wird.<\/p>\n\n\n

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Der Zink-Speicher erlaubt die Wasserstoffproduktion, w\u00e4hrend des Stromspeicherns und das zu einem Bruchteil der Kosten einer Lithium-Batterie. Darstellung: Zn2H2 GmbH<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Es entsteht eine einzigartige Kombination aus Batterie und Wasserstoff-Herstellung mit einem Gesamtwirkungsgrad der Stromspeicherung von 50%, womit wir die alternative und zurzeit favorisierte Power-to-Gas-Technologie doppelt \u00fcbertreffen\u201c. Da die Materialkosten weniger als ein Zehntel eines Lithium-Akkus betragen, er\u00f6ffnet sich hier eine wirtschaftlich attraktive Perspektive zur Speicherung gr\u00fcner Energie.<\/p>\n\n\n\n

Im Labor konnten die Forschenden das Grundprinzip des neuen Systems bereits unter Beweis stellen und untersuchten anhand von Einzelzellen Wirkungsgrade und die Stabilit\u00e4t der Ladezyklen. Nun steht der n\u00e4chste Schritt an: Bis zum Jahresende soll ein Demonstrator entstehen, dessen Betriebsf\u00fchrung in einem Teststand erforscht wird. Final sollen acht Zellen mit einer Kapazit\u00e4t von circa 12 Volt und 50 Ampere-Stunden elektrisch verbunden werden. Als kosteng\u00fcnstige Produktionstechnik f\u00fcr die gro\u00dffl\u00e4chige Herstellung des bifunktionalen Katalysators, an dem abwechselnd Wassersoff und Sauerstoff entsteht, demonstrieren die Forschenden die galvanische Abscheidung: Vorab wird mit Tests die Reproduzierbarkeit der Abscheidung untersucht.<\/p>\n\n\n\n

Das Team am Fraunhofer IZM in Berlin ist verantwortlich f\u00fcr die Auslegung des Demonstrators, den Aufbau eines Teststands und die Durchf\u00fchrung der Zuverl\u00e4ssigkeitstests. Da diese Art von Zink-Wasserstoff-Speichern bisher einmalig ist, musste auch eine entsprechende Testumgebung entwickelt werden. Daf\u00fcr wird eine hochpr\u00e4zise intelligente Steuerung entwickelt, mit der unterschiedliche Parameter angepasst und optimiert werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Die Crux dabei war es, die Ladeparameter so anzupassen, dass \u00fcber mehrere Tausend Zyklen ein stabiler Betrieb m\u00f6glich ist.  Bisher gibt es keine andere aufladbare Zink-Batterie, in der eine derartig gro\u00dfe Langzeit- und Zyklenstabilit\u00e4t gezeigt werden konnte, da zumeist die Gefahr von Kurzschl\u00fcssen durch Zink-Dendriten oder schaumartige Zink-Abscheidung besteht.<\/p>\n\n\n\n

Die ersten Tests an Einzelzellen weisen bereits gro\u00dfe Erfolge auf: Bei einer realistischen Nutzung in jahreszeitbedingten Dunkelpausen, aber auch bei der t\u00e4glichen Nutzung als Solarspeicher haben die preiswerten Katalysatoren eine Lebensdauer, welche einen Betrieb von mehr als zehn Jahren erlauben w\u00fcrden. Bis zur finalen Industrietauglichkeit muss das System zwar noch einige Etappen des Up-Scaling durchlaufen, bereits jetzt hat die im Projekt assoziierte Firma Zn2H2 aber schon Patente angemeldet. Damit ebnen sie und das gesamte Forschungskonsortium den Weg f\u00fcr innovative L\u00f6sungen der Energiespeicherung und Herstellung von Wasserstoff f\u00fcr die \u00c4ra der Energiewende.<\/p>\n\n\n\n

Das Projekt Zn-H2 wird unter der F\u00f6rdernummer 03SF0630A vom BMBF gef\u00f6rdert und l\u00e4uft noch bis September 2025. Am Projekt beteiligt sind: Zn2H2 GmbH, Steel PRO Maschinenbau GmbH, Fraunhofer IFAM, Technische Universit\u00e4t Berlin, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und das Fraunhofer IZM.<\/p>\n\n\n\n