Redox-Flow-Batterie: Stromspeicher mit Vitamin B

Bisher ist Vitamin B2 als wichtiger Nährstoff vor allem im Wachstum bekannt. US-Forscher wollen ein ähnliches Molekül nun dazu einsetzen, Strom zu speichern.

Artikel veröffentlicht am 21. Juli 2016, 17:33 Uhr, Frank Wunderlich-Pfeiffer

Hydroxylierte Alloxazine haben eine ähnliche Struktur wie Vitamin B2. (Bild: Nature Energy DOI: 10.1038/NENERGY.2016.102)

Forscher in den USA haben eine auftankbare Batterie auf der Basis des Vitamin-B2-Moleküls entwickelt. Es soll das teure Vanadium ersetzen und Stromspeicherung revolutionieren, aber bis dahin ist noch einiges zu tun.

Redox-Flow-Batterien sollen die Effizienz von Batterien mit der Flexibilität einer Brennstoffzelle vereinen. Ihre Kapazität hängt nur davon ab, wie groß der Tank für den Elektrolyten ist. Und wenn ihnen der sprichwörtliche Saft ausgeht, können sie einfach wieder aufgetankt werden. Gleichzeitig funktionieren sie als wiederaufladbare Akkus, die ihren Elektrolyten durch Strom wieder regenerieren können.

Zur Zeit fehlt vor allem ein billiger Elektrolyt. Die besten Redox-Flow-Batterien verwenden Vanadiumoxid, aber das ist mit einer weltweiten Produktion von nur 80.000 Tonnen pro Jahr kaum für Energiespeicherung im großen Stil geeignet. Auf der Suche nach einem günstigen Ersatz suchen Forscher vor allem nach organischen Molekülen, die sich leicht in großen Mengen herstellen lassen. Einen perfekten Ersatz gibt aber aber noch nicht.

Billig, aber wenig Kapazität

Eine vielversprechende Kombination verwendet giftiges Brom. Eine andere ist sehr zähflüssig. Da die Elektrolyten im Betrieb zu einer Membran gepumpt werden müssen, um Strom abzugeben, ist das ein Problem. Andere Verbindungen hatten zwar eine gute Kapazität, aber die Reaktion verläuft so langsam, dass die Batterie nur eine geringe Leistung hat. Einer der neuesten Versuche ist ein Molekül mit einer ähnlichen Struktur wie das Vitamin B2 zusammen mit Eisencyanid, eine ungiftige Verbindung, aus der auch der Farbstoff Preußisch Blau hergestellt wird. Ihre Forschung wurde nun im populären Wissenschaftsjournal Nature veröffentlicht.

Die Synthese ist einfach. Sie läuft bei Zimmertemperatur und normalem Luftdruck ab und benötigt nur weit verbreitete, billige Chemikalien wie Alloxazine. Sie gehören zu einigen der ältesten Substanzen, die jemals künstlich hergestellt wurden. Das Ergebnis ist ein weitgehend ungiftiger und schwer entflammbarer Stoff.

Pro Ladezyklus verliert die Batterie nur 0,013%, was nach 400 Ladezyklen einer Restkapazität von 95 Prozent entspricht. Wie für Redox-Flow-Batterien typisch, erreicht die Effizienz nicht die hohen Werte einer Lithium-Ionen-Batterie. Zwischen 25 und 40 Prozent der Energie gingen zwischen Laden und Entladen verloren, auch wenn die Forscher diese Werte durch weitere Entwicklungen verbessern wollen.

Die Speicherkapazität haben die Forscher aber erst auf Nachfrage angegeben. Sie beträgt 6,5 Wattstunden pro Liter. Eine Batterie mit 10.000 Litern Tankkapazität hat damit etwa so viel Energie wie der kleinste Akku für Teslas Model S, genug, um einen Vier-Personen-Haushalt für etwas mehr als vier Tage mit Strom zu versorgen. Redox-Flow-Batterien mit Vanadium erreichen immerhin 25 Wattstunden pro Liter, aber bis die Technologie breit einsatzfähig ist, wird noch viel Entwicklungsarbeit nötig sein.