Form Energy: Eisen-Luft-Akku soll Energiespeicherprobleme lösen

Mit Geld von Bill Gates und Jeff Bezos sollen große, billige Akkus Strom für mehrere Tage speichern. Kann die Technik liefern, was sie verspricht?

Eine Analyse von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 26. Juli 2021, 16:00 Uhr

Riesige Akkuanlagen sollen Wind- und Sonnenenergie für Tage speichern. (Bild: Form Energy)

Viel Geld und das Versprechen, bis 2023 einen Eisen-Luft-Akku mit einer Kapazität von 150 Megawattstunden zu bauen, haben Form Energy eine Reihe von Schlagzeilen in amerikanischen Medien eingebracht. Noch viel mehr Akkus sollen folgen und die Stromerzeugung aus Wind- und Solarenergie stabilisieren. Investmentfonds mit Geld von Bill Gates und Jeff Bezos investieren in die Firma.

Eisen-Luft-Akkus könnten billig und umweltfreundlich sein. Aber über Details der neuen Akkus spricht die Firma kaum. Die Technologie existiert seit über 50 Jahren, konnte sich aber wegen schlechter Leistung, kurzer Lebensdauer und niedriger Energieeffizienz in den 1970er Jahren nicht bewähren. Zudem ist die damals vielversprechende Energiedichte inzwischen nicht mehr konkurrenzfähig. Als stationäre Speicher mit niedriger Leistung könnten sie dennoch Verwendung finden.

Über die Hälfte der Energie geht verloren

Einer der Hauptnachteile der Akkus wird aber die weiterhin geringe Effizienz sein. Laut eines Whitepapers der Firma geben die Akkus nur 45 Prozent der gespeicherten Energie wieder frei. In einem Podcast-Interview mit den Firmengründern von 2020 ist nur zu erfahren, dass die Technik noch nicht vollständig entwickelt ist. Weder sei die Arbeit an der Chemie im Labor abgeschlossen, noch die Arbeit am Entwurf der eigentlichen Akkus.

Form Energy wurde erst 2017 gegründet und habe sich laut Aussagen im Interview erst 2019 für die Luft-Eisen-Technik entschieden, nachdem alle anderen Technologien ausgeschlossen wurden. Dennoch wurde bereits 2020 der Vertrag über die Lieferung eines 150-MWh-Akkus mit Great River Energy in Minnesota für das Jahr 2023 abgeschlossen. Eine Technik zu verkaufen, die noch nicht einmal entwickelt ist, sei die größte Herausforderung der Firma gewesen.

Alte Nasa-Technik soll endlich groß raus kommen

Eisen-Luft-Akkus sind eine Weiterentwicklung der Nickel-Eisen-Akkus, die 1901 von Thomas Edison patentiert wurden. Erste Arbeiten wurden innerhalb der Nasa im Jahr 1968 unternommen. Es wird darin die gleiche Anode aus Eisen und ein alkalisches Elektrolyt benutzt. Aber statt der Nickelkathode kommt eine Sauerstoffkathode mit einem Katalysator zum Einsatz, deren Funktion große Ähnlichkeit mit der Kathode in einer Brennstoffzelle hat. Der Sauerstoff reagiert in der Zelle aber nicht mit Wasserstoff zu Wasser, sondern mit Eisenmetall zu Eisenoxid.

Wegen der hohen theoretischen Energiedichte von 764 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) Eisen wurden Eisen-Luft-Akkus bereits in den 1970er Jahren in Schweden als Idee für eine mögliche Akkutechnik in Elektroautos verfolgt, aber wieder aufgegeben. Sie speicherten 80 Wh/kg, etwas besser als Nickel-Cadmium-Akkus, gaben die Energie dabei aber über fünf Stunden mit einer Leistungsdichte von nur 16 W/kg ab.

Zudem gingen beim Laden der Akkus 70 Prozent der Energie verloren und die Lebensdauer war auf rund 200 Ladezyklen begrenzt. Hoffnungen von Siemens auf Akkus mit 1.000 Ladezyklen und Energiedichten von 140 Wh pro Kilogramm erfüllten sich nicht. Außerdem muss für den Betrieb der Akkus alles CO2 aus der Luft entfernt werden, weil sich sonst festes Kaliumcarbonat in den Zellen bildet, was noch mehr Energie kostet.

Probleme wie bei Brennstoffzellen

Die Probleme sind ähnlich wie bei der Entwicklung der Brennstoffzelle, denn ein chemischer Zwischenschritt ist identisch: Die Freisetzung und Aufnahme von Sauerstoff aus der alkalischen Lösung beim Laden und Entladen des Akkus. Diese Reaktion verläuft langsam und ist auf Katalysatoren angewiesen.

Im Vergleich zur Technik der 1970er Jahre hat es in der Katalysatortechnik und der Materialforschung an den Eisenkathoden große Fortschritte gegeben. Auch die Lebensdauer der Akkus ist deutlich gestiegen. Dennoch bleiben die restlichen Probleme erhalten, vor allem die niedrige Energiedichte und schlechte Energieeffizienz.