{"id":94651,"date":"2023-10-12T02:40:00","date_gmt":"2023-10-12T00:40:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=94651"},"modified":"2023-10-11T09:41:24","modified_gmt":"2023-10-11T07:41:24","slug":"neuer-energiespeicher-vereint-batterie-und-elektrolyseur","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/zukunft\/neuer-energiespeicher-vereint-batterie-und-elektrolyseur\/","title":{"rendered":"Neuer Energiespeicher vereint Batterie und Elektrolyseur"},"content":{"rendered":"\n

Nur ein Zehntel der Materialkosten einer Lithium-Ionen-Batterie – Werkzeug f\u00fcr die Energiewende.<\/p>\n\n\n\n

Ein Forschungskonsortium mit Beteiligung der TU Berlin arbeitet an einer neuartigen Zink-Wasserstoff-Batterie, die Strom mit einem hohen Wirkungsgrad speichern kann und beim Entladen nicht nur elektrische Energie, sondern auch Wasserstoff freisetzt. Dies gelingt, indem die negative Zink-Elektrode der Batterie mit dem Prinzip der alkalischen Wasser-Elektrolyse kombiniert wird. Als positive Gegenelektrode kommt dabei eine spezielle Wasserstoff\/Sauerstoff-Gaselektrode zum Einsatz, die als Elektrokatalysator dient. Erste Tests des neuen Energiespeichers ergaben einen Wirkungsgrad von 50 Prozent bei der Stromspeicherung und 80 Prozent bei der Wasserstofferzeugung, bei einer prognostizierten Lebensdauer von zehn Jahren.<\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr die Energiewende in Deutschland werden nicht nur effiziente Anlagen zur Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie aus Wind und Sonnenlicht ben\u00f6tigt, sondern auch kosteng\u00fcnstige und effiziente Speicher- und Transporttechnologien. Nur so kann gr\u00fcne Energie von ihren Erzeugungsorten in die deutschen Ballungsr\u00e4ume und Industriezentren gebracht und zudem die nat\u00fcrliche Schwankung bei ihrer Erzeugung ausgeglichen werden. \u201eIn der \u00f6ffentlichen Wahrnehmung standen hier bisher Batterie- und Wasserstofftechnologien in Konkurrenz miteinander\u201c, sagt Prof. Dr. Peter Strasser, Leiter des Fachgebiets \u201eElectrochemical Catalysis, Energy and Materials Sciences\u201c an der TU Berlin. \u201eDer neue Ansatz unseres Konsortialprojekts zeigt, dass es sich lohnt, diese Denkweise zu hinterfragen und sich stattdessen das Beste aus beiden Welten herauszusuchen.\u201c<\/p>\n\n\n

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\"Zn2H2<\/a>
\u00a9 Zn2H2 GmbH | Das Zink-Wasserstoff Speichersystem kann zu einem Zehntel der Kosten von Lithium-Batterien produziert werden und speist bedarfsgerecht Wasserstoff in den Energiekreislauf. <\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Wasserelektrolyse in zwei Schritten \u2013 aufgeteilt auf Entlade- und Ladevorgang<\/h4>\n\n\n\n

\u201eHerzst\u00fcck unserer neuen Kombi-Batterie ist eine katalytisch aktive, bifunktionelle Gaselektrode\u201c, erkl\u00e4rt Strasser. Sie befindet sich zusammen mit der negativen Zink-Elektrode in einem fl\u00fcssigen Elektrolyten aus Kaliumhydroxid und Wasser, also Kalilauge. Beim Entladevorgang spaltet der Katalysator der Gaselektrode von den Wassermolek\u00fclen (H2<\/sub>O) Wasserstoffmolek\u00fcle (H2<\/sub>) ab. Dieser Wasserstoff entweicht und kann gespeichert und weiterverwendet werden. Gleichzeitig wandern elektrisch negative OH-Ionen im Elektrolyten zur Zink-Elektrode. Dort reagieren sie mit dem Zink und bilden Zinkoxid (ZnO) und Wasser unter Abgabe von Elektronen. Dieser Entladevorgang liefert also gleichzeitig nutzbare elektrische Energie und Wasserstoffgas.<\/p>\n\n\n\n

\u201eErst beim Wiederaufladen der Batterie vollzieht sich der zweite Teil der Elektrolyse, die Abgabe von Sauerstoff\u201c, so Strasser. Mit Hilfe von elektrischer Energie und Elektronen von au\u00dfen wird die Zinkoxid-Elektrode wieder zu metallischem Zink reduziert, es bilden sich OH-Ionen, die jetzt zur Gaselektrode wandern und dort vom Katalysator in Wasser umgesetzt werden, wobei Sauerstoff entweicht (4 OH \u2192 2 H2<\/sub>O + O2<\/sub>). Damit diese Prozesse kontinuierlich ablaufen k\u00f6nnen, muss dem neuen Energiespeicher Wasser in der Menge zugef\u00fchrt werden, in der Wasserstoff und Sauerstoff entweichen.<\/p>\n\n\n\n

Guter Wirkungsgrad, preiswerte Rohstoffe, leichtes Recycling<\/h4>\n\n\n\n

\u201eDas Besondere an dieser Zn-H2<\/sub>-Batterie ist also, dass beim Entladen die Energie sowohl in Form von Strom wie auch als Wasserstoffgas bereitgestellt wird\u201c, sagt Peter Strasser. \u201eDer Wasserstoff kann dann entweder direkt als Rohstoff in Prozessen der chemischen Industrie verwendet werden, in herk\u00f6mmlichen Brennstoffzellen oder Turbinen in Strom umgewandelt werden oder in Gaskraftwerken oder Fernw\u00e4rmenetzen als Brennstoff f\u00fcr W\u00e4rme zum Einsatz kommen.\u201c Gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Lithium-Ionen-Akkus verwendet die neue Batterie ausschlie\u00dflich wesentlich preiswertere Rohstoffe (Stahl, Zink, Kaliumhydroxid, Wasser), die nur etwa ein Zehntel so teuer sind. Zudem machen sie die Batterie leicht recycelbar.<\/p>\n\n\n\n

Erste Tests am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Zuverl\u00e4ssigkeit und Mikrointegration (IZM), das auch die Konsortialf\u00fchrung innehat, zeigten bereits sehr gute Wirkungsgrade des neuen Akkus. Mit einem Gesamtwirkungsgrad der \u201eStrom-zu-Strom“-Speicherung von 50 Prozent ist dieser doppelt so hoch wie bei den meisten Power-to-Gas-Technologien, bei denen zum Beispiel Strom aus Windkraft per herk\u00f6mmlicher Elektrolyse in Wasserstoffgas und danach der Wasserstoff mit Turbinen oder Brennstoffzellen wieder in Strom zur\u00fcckgewandelt wird. Bei der Wasserstofferzeugung liegt der Wirkungsgrad sogar bei 80 Prozent. Zudem legen die Labortests eine Lebensdauer der Systeme von etwa zehn Jahren nahe.<\/p>\n\n\n\n

Aufbau eines Demonstrators bis Ende 2023<\/h4>\n\n\n\n

\u201eDie TU Berlin hat in das Konsortium vor allem unsere Erfahrung in der alkalischen Wasserelektrolyse eingebracht sowie unsere langj\u00e4hrige Expertise in der Katalysatortechnik\u201c, erkl\u00e4rt Peter Strasser. Die Forscher*innen wollen nun bis Ende des Jahres einen Demonstrator aufbauen und Zuverl\u00e4ssigkeitstests durchf\u00fchren. Die Lade- und Entladeparameter m\u00fcssen dabei so optimiert werden, dass \u00fcber mehrere Tausend Zyklen ein stabiler Betrieb m\u00f6glich ist. \u00dcber die ebenfalls am Konsortium beteiligte Firma Zn2H2 GmbH, die bereits mehrere Patente auf das Verfahren angemeldet hat, w\u00e4re bei positiven Resultaten aus den Demonstrator-Experimenten eine rasche Umsetzung in den Markt gew\u00e4hrleistet.<\/p>\n\n\n\n

Die weiteren Konsortialpartner des Projekts sind die Steel PRO Maschinenbau GmbH, das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) sowie das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft. Das Projekt mit dem K\u00fcrzel \u201eZn-H2\u201c wird unter der F\u00f6rdernummer 03SF0630A vom Bundesministerium f\u00fcr Bildung und Forschung (BMBF) gef\u00f6rdert und l\u00e4uft noch bis September 2025.<\/p>\n\n\n

Quelle<\/h5>\r\n\n\n\n

TU Berlin 2023<\/a><\/p>\n

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