Bis 2050 sollen mindestens 80 Prozent des in Deutschland verbrauchten Stroms aus nachhaltigen Quellen wie Wind- oder Sonnenenergie stammen. So sieht es das Erneuerbare-Energien-Gesetz vor. Für ein flexibles Stromsystem, das auch bei Flauten und bedecktem Himmel stabil bleibt, sind effiziente Energiespeicher zukünftig daher unverzichtbar.
Einen vielversprechenden Ansatz verfolgt ein Team der FH Münster: In Kooperation mit dem Ingenieurbüro Kunkel + Partner entwickelten Prof. Dr. Peter Glösekötter und seine Mitarbeiter am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik einen leistungsstarken und nachhaltigen Energiespeicher auf Basis von Zink und Luft. Zum Abschluss ihres Forschungsprojekts werden sie nun in den kommenden Monaten in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Steinfurt einen funktionsfähigen Demonstrator testen und seine Leistungsfähigkeit verifizieren.
Energie tagsüber speichern, nachts abgeben
Insgesamt 72 Einzelzellen mit einer Speicherkapazität von mehr als sieben kWh umfasst der fertige Zink-Luft-Speicher, der optisch an einen futuristischen Gefrierschrank mit Glastür erinnert und in einer Garage auf dem Gelände der Stadtwerke untergebracht ist. Die erfolgreiche Inbetriebnahme ist ein Meilenstein für das Projektteam. „Hinter uns liegen insgesamt sechs Jahre Forschung und zwei aufeinander aufbauende Projekte, in denen wir unter anderem die Zellgeometrie und die Elektrolytzusammensetzung optimiert und ein Batterie-Management-System für Zink-Luft-Speicher entwickelt haben“, resümiert Projektmitarbeiter Dr. Andre Löchte bei der Vorstellung des Demonstrators.
In der aktuellen Formatierungsphase wird die Batterie zunächst zweimal aufgeladen und wieder entladen, bevor sie ihre eigentliche Aufgabe, Sonnenenergie tagsüber zu speichern und nachts wieder abzugeben, aufnimmt. Der praktische Einsatz wird begleitet von einer umfassenden Datenanalyse. „Die Batterie wird rund um die Uhr überwacht. Mehrere Sensoren messen die Zellspannungen und -ströme, aber auch die Elektrolytkonzentration und Temperatur“, betont Löchte.
Vom Einweg- zum Mehrwegprodukt
Zink-Luft-Batterien gibt es bereits seit den 1970er-Jahren. Bisher kamen sie aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Haltbarkeit zum Beispiel als Knopfzellen in Hörgeräten zum Einsatz. Ihr Manko: Sie sind bislang Einwegprodukte, also nicht wiederaufladbar, und damit als Energiespeicher im Kontext der Energiewende unbrauchbar. Der neue Ansatz von Glösekötter ermöglicht nun ein Auf- und Entladen der Zink-Luft-Batterien.
„Wir sehen großes Potenzial in dieser Technologie. Mit unserer Forschung möchten wir eine umweltverträgliche, effizientere und günstigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien aufzeigen“, erklärt Glösekötter. So sei Zink weltweit sehr verbreitet und käme sogar in Deutschland in der Erdkruste vor. In einem ersten Projekt, das 2016 startete, entwickelten die Wissenschaftler gemeinsam mit den Unternehmen EMG Automation und 3e Batterie-Systeme zunächst den Prototyp für einen wiederaufladbaren Zink-Luft-Speicher. Im nun abgeschlossenen Folgeprojekt optimierten die Elektroingenieure das Design und den Aufbau der Zellen, um die sogenannte Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit zu erhöhen.
Der nächste Schritt ist schon in Arbeit: Glösekötter und sein Team schmieden aktuell Pläne zur Ausgründung. „Unser Ziel ist, den Demonstrator in ein marktfähiges Produkt zu überführen“, betont der Hochschullehrer. „Dazu möchten wir den Speicher langfristig weiter komprimieren. Die Testphase in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken hilft uns außerdem, Schwachstellen im aktuellen System zu identifizieren und auszubessern.“
