Wasserabweisende Membran führt zu höherer Energieeffizienz

Wasserabweisende Membran
Wasserabweisende Membran

Wenn es um die Nutzung von Solar- oder Windenergie geht, ist die Speicherung von Energie wie auch eine stabile Stromversorgung ein zentrales Thema. Durch die natürlichen Schwankungen im Energiegewinn sind effiziente Speichermethoden essentiell. Als zukünftige Methode gilt bereits länger die Redox-Flow-Batterie. Wasserabweisende Membran: Wissenschaftlern aus Aachen und Seoul gelang es eine Schlüsselkomponente zu entwickeln, die für eine deutliche Verbesserung der Speicherfähigkeit sorgt.

Redox-Flow-Batterien speichern Energie in Form von chemischen Verbindungen, Elektrolyten, die in einem Lösungsmittel vorliegen. In der konventionellen Vanadium-Variante sind dies beispielsweise in Schwefelsäure gelöste Vanadium-Ionen. Zwei energiespeichernde Elektrolyte zirkulieren in Kreisläufen, die durch eine Membran getrennt werden. Von der Menge der Elektrolyte ist die Speicherkapazität abhängig, sie kann individuell angepasst werden. Wenn die Batterie ge- oder entladen wird, werden die Ionen reduziert und Protonen wandern durch die Membran.

Der Membran kommt in diesen Kreisläufen eine zentrale Rolle zu. Einerseits trennt sie die Elektrolyte in ihrer Zirkulation voneinander, da eine Vermischung zu Energieverlust führen würde. Andererseits müssen die Protonen die Membran problemlos passieren können. Die Entwicklung eines solchen Materials, das beide Eigenschaften erfüllt, stellte bisher das größte Problem dar, vor Allem in Hinblick auf effiziente, kommerzielle Nutzung und Marktfähigkeit.

Beste nutzbare Alternative war bisher das Polymer Nafion. Es ist chemisch stabil und ließ die Protonen passieren. Problematisch ist allerdings, dass Nafion Wasser aufnimmt, also aufquillt und daher nur zu begrenzter Nutzung taugt. Lange wurde versucht die molekularen Strukturen der Membran zu verändern und dadurch die Leckage zu unterdrücken.

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Forschungsteams des Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien (DWI), der Aachener Verfahrenstechnik, RWTH Aachen, und der Hanyang University in Seoul versuchten sich nun an einem völlig neuen Ansatz. Sie arbeiteten mit einer hydrophoben, also wasserabweisenden, Membran. Sie fanden heraus, dass sich winzige Kanäle herausbildeten, in denen Protonen problemlos und mit hoher Geschwindigkeit durch die wasserabweisende Membran gelangen konnten. Die größeren Vanadium-Ionen passen indes nicht durch die Nanokanäle. Auch nach über 100 Ladevorgängen hatte dieser Trenneffekt Bestand. Auf diese Weise ließ sich eine Energieeffizienz von mindestens 85 bis zu fast 99 Prozent erreichen. Konventionelle Batterien schafften maximal 76 Prozent.

Die Wissenschaftler planen jetzt weitere Tests um ihre Ergebnisse womöglich sogar noch weiter optimieren zu können. Sollte die neue Redox-Flow-Batterie stabil bleiben, könnte sie die tatsächliche Nutzung als Energiespeichersystem extrem vorantreiben.

Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie eignet sich gut als Option für die Elektromobilität. Außerdem wäre sie für eine stabile Stromversorgung bei der Nutzung nachhaltiger Energiequellen ein wichtiger Faktor.

Quelle: idw-online

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