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chnik Durchbruch für neuartige Stromspeicher:

Große und leistungsfähige Redox-Flow-BatterieSonne und Wind liefern immer mehr Strom – allerdings unregelmäßig. Leistungsfähige elektrische Energiespeicher sollen das künf-tig ausgleichen. Fraunhofer-Forschern ist nun ein wichtiger Durchbruch gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie mit ei-ner Zellgröße von 0,5 m2 entwickelt, was einer Stackleistung von 25 kW entspricht. Das ist achtmal größer als die bisherigen DIN-A4-Blatt großen Systeme.

Sonne und Wind sind wichtige Energielie-feranten. Schon heute stammt fast ein Vier-tel unseres Stroms aus erneuerbaren Quel-len. Bis 2050 soll der Bedarf sogar komplett mit Strom aus Sonne, Wind, Biomasse und Co. gedeckt werden, so das Ziel der Bun-desregierung. Doch damit die Energiewen-de gelingt, müssen die wachsenden Men-gen an Solar- und Windstrom für nachts oder windschwache Zeiten gespeichert wer-den – etwa in elektrischen Akkus. Redox-Flow-Batterien bieten eine gute Möglichkeit, um die Schwankungen bei erneuerbaren Energien auszugleichen und eine stetige Versorgung zu sichern. Sie speichern elek-

Doch wie ist es den Experten gelungen, die Größe und Leistungsfähigkeit so deutlich zu erhöhen? Zunächst erprobten die Fraun-hofer-Wissenschaftler neue Membranmate-rialien, forschten am Batteriemanagement und dem Batteriedesign. Strömungssimu-lationen halfen dabei, den Aufbau der Zel-len zu optimieren. Die Forscher haben die Batterien dann komplett neu designt und so den Durchbruch geschafft. »Die größte Herausforderung bestand darin, dass wir für das Scale-up einen komplett neuen Aufbau der Stacks entwickeln mussten, um Batterien in dieser Leistungsstärke zu kon-zipieren«, erklärt Dr. Jens Burfeind, Grup-penleiter Elektrochemische Speicher am Fraunhofer UMSICHT.

Großes Testlabor für Redox-Flow-BatterienDie UMSICHT-Experten arbeiten gemein-sam mit ihren Kollegen vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT und vom Fraunhofer-Institut für Solare Energie-systeme ISE in einem vom Bundesministeri-um für Umwelt, Naturschutz und Reaktor-

trische Energie in chemischen Verbindun-gen, den flüssigen Elektrolyten. Die Ladung und Entladung der Elektrolyten findet da-bei in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen werden nebenein-ander zu Stapeln, Stacks, aufgereiht. Doch bislang liefern die auf dem Markt verfüg-baren etwa DIN-A4-Blatt großen Batterien (1/16 m2) nur eine Leistung von 2,3 kW.

Erste Präsentation Forscher des Fraunhofer-Instituts für Um-welt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen konnten nun die Größe der Stacks und damit die Leistungs-fähigkeit deutlich erhöhen. Dank eines neuen Designs ist es ihnen gelungen, Stacks mit 0,5 m2 Zellgröße zu fertigen. Das ist achtmal größer als die bisherigen Systeme und entspricht einer Leistung von 25 kW. Diese Batterie präsentierten die Wissen-schaftler auf der Hannover Messe am Fraunhofer-Stand der Allianz Energie. Der Prototyp verfügt über einen Wirkungsgrad von bis zu 80 %. Er kann mit Strömen von bis zu 500 A belastet werden..

Redox-Flow-Batterie

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sicherheit (BMU) geförderten Projekt intensiv an Redox-Flow-Batterien. Am Institut in Oberhausen steht für die Forschungsarbeiten eines der größten Testlabore für Redox-Flow-Batterien europaweit zur Verfügung. »Uns ist mit dem Redesign des Batterie-Stacks ein sehr wichtiger Schritt gelungen auf dem Weg, Redox-Flow-Batterien zu entwickeln, die zum Beispiel 2.000 Haushalte mit Strom versorgen kön-nen«, sagt Dr. Christian Dötsch, der den Bereich Energie am Fraunhofer UMSICHT leitet. Dazu wären etwa zwei Megawatt Leistung nötig. Als nächstes konkretes Ziel stehe daher zunächst die Entwicklung eines Stacks in der Größe von 2 m2 und einer Leistung von 100 kW auf der Agenda.

Funktionsweise der Redox-Flow-BatterieDie Redox-Flow-Zelle (Red für Reduk-tion = Elektronenaufnahme, Ox für Oxidation = Elektronenabgabe) ist ein Akkumulator. Sie speichert Energie in Elektrolytlösungen. Diese fließen aus Tanks durch eine Zelle, die in einem chemischen Prozess daraus Strom er-zeugt. Am weitesten verbreitet ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Die Ladung und Entladung des Vanadiums findet in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen sind ne-beneinander zu Stapeln, Stacks, auf-gereiht. Das erhöht die Leistung der Batterie. Redox-Flow-Batterien bieten einige Vorteile: Sie sind kostengünstig, robust, langlebig und lassen sich indi-viduell anpassen.

Bild: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

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Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT46047 OberhausenTel. 0208-85 98-0www.umsicht.fraunhofer.de

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Multi-Contact Deutschland GmbH 79576 Weil am Rhein (Germany) Fon: +49 (0) 76 21-6 67-0 www.multi-contact.com

Innovationspreis für mobile Speicherlösung

Eine mobile Speicherlösung mit Anschluss-technik von Multi-Contact wurde vom DCTI (Deutsches CleanTech Institut) für die Auszeichnung „Innovation pro Energie-wende“ qualifiziert. Das Konzept stellt ei-ne Alternative zum Netzausbau dar, die das Stromnetz einfach, schnell und flexibel entlasten kann.

Mobile Batteriespeicher ausgelegt als LKW-Anhänger oder Container werden an den Netzknoten eingebunden. Diese punktuel-le Entlastung spart im Vergleich zum groß-flächigen Kapazitätsausbau Zeit und Kos-ten und hilft Netzengpässe zu vermeiden. Außerdem lässt sich die Netzauslastung sehr flexibel und bedarfsabhängig steuern. Die Batteriespeicher werden lokal einge-setzt, z.B. im Sommer an Netzknoten A mit hoher Einspeisung durch PV-Anlagen und im Winter am Netzknoten B mit hoher Ein-speisung durch Windkraft. Durch die gute Auslastung amortisieren sich die Speicher schnell.

Laut DCTI bietet die Lösung einen flexib-len Beitrag zur komplexen Gestaltung des Smart Grid. Vorhandene Netze können mit den mobilen Speichern einfach an zukünf-

tige Anforderungen wie dezentrale Ein-speisung oder Bedarfsänderungen durch Zuwachs in Ballungsräumen und Verödung ländlicher Gegenden angepasst werden.

Die Verwendung vorhandener bewährter Anschlusstechnik ermöglicht den breiten Einsatz solcher Speicher. Die Steckverbin-der 10, 16 und 21 BV des Herstellers sind eigenen Angaben zufolge an vielen Netze-inspeisepunkten bereits installiert und sor-gen für einen schnellen und sicheren An-schluss. Mikroschalter am Steckverbinder signalisieren die korrekte Verbindung und können zur Steuerung der Anlage verwen-det werden.

Bild: Multi-Contact Deutschland GmbH

Rundsteckverbinder 21 BV (1.000 A/1.000 V) für Batteriespeicher und Notstromversorgungen.