Flüssigbatterien
Technologie-Check
Definition und Wirk-/Funktionsprinzip
Bei Flüssigbatterien oder auch Redox-Flow-Batterien findet die Energiespeicherung in zwei flüssigen Elektrolyten statt. Diese werden üblicherweise in zwei externen Tanks zirkuliert und über eine Zelle mit einer Membran gepumpt. Dabei findet dann der Lade- bzw. Entladevorgang statt. Die beiden Elektrolyte werden auch Anolyt und Katholyt genannt, sie besitzen unterschiedliche Redoxpaare. An der Membran findet dann eine chemische Reaktion zwischen den beiden Elektrolyten statt, die sogenannte Redoxreaktion. Diese ist reversibel, sodass die Reaktion wiederholbar ist. Durch die Reaktion entsteht die elektrische Energie. Die Kapazität der Batterie wird durch die Tankgröße und die Leistung durch die Anzahl von Zellen bestimmt. Die gängigste Materialkombination ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Weitere Materialien sind noch in der Entwicklung. Typische Einsatzgebiete sind stationäre Speicher, beispielsweise in Kombination mit erneuerbaren Energien oder auch als Speicher zur Netzstabilisierung in Industriegebieten.
SWOT-Analyse
Stärken
- Die Batterien haben eine lange Lebensdauer von ca. 10.000-20.000 Zyklen, was ca. 20-30 Jahren Nutzungsdauer entspricht
- Hoher Sicherheitsstandard durch geringes Brand- und Explosionsrisiko im Dauerbetrieb
- Kapazität und Leistung können unabhängig voneinander eingestellt werden und sind auch über lange Zeit stabil
- Besonders Vanadium ist gut rezyklierbar, wodurch die Batterien als nachhaltig eingestuft werden
Schwächen
- Die Anschaffung von Flüssigbatterien ist mit hohen Investitionskosten verbunden
- Die erreichbare Energiedichte ist geringer als bei vergleichbaren Batterien, wodurch sie häufig einen hohen Platzbedarf haben, um ein wirtschaftliches Niveau zu erreichen
- Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 80 % und somit deutlich unter vergleichbaren Batterien
- Komplexe Systemtechnik braucht entsprechendes Know-How für die Auslegung und den Aufbau
Chancen
- Bedarf an stationären Großspeichern steigt, insbesondere in Kombination mit erneuerbaren Energien
- Bedarf an Langzeitspeichern zur Stabilisierung des Stromnetzes nimmt zu
- Investitionskosten können durch Skalierung in der Herstellung gesenkt werden
- Entwicklung neuer Elektrolyte kann zu Kostensenkung und größerer Effizienz führen
Risiken
- Konkurrenz durch alternative Batteriesysteme, wie Li-Ionen Batterien, die kontinuierlich weiterentwickelt werden
- Regulatorische Anforderungen für Integration in Bestandsnetze sind nicht einheitlich
- Abhängigkeit von aktuell wenigen Anbietern und vorhanden Materialsystemen
- Vanadium gilt als kritischer Rohstoff und wird nur durch wenige Unternehmen gewonnen, wodurch der Preis entsprechend hoch ist
Erfolgsbeispiele
- In Baden-Württemberg umgesetzt: Die Flexbase Group plant am „Stern von Laufenburg“ den Bau des weltweit größten Redox-Flow-Batteriespeichers (mit rund 800 MW / 1,6 GWh), um erneuerbare Energien effizient zu speichern, Netzschwankungen auszugleichen und die Energieversorgung nachhaltiger zu machen.
Zum Erfolgsbeispiel - Das Projekt des Fraunhofer ICT in Pfinztal demonstriert die Kombination von erneuerbaren Energien mit einer Flüssigbatterie. Dies erlaubt die Stabilisierung des Netzes und eine gezielte Steuerung.
Zum Erfolgsbeispiel
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