Neue Aluminium-Batterie mit Harnstoff-Elektrolyt könnte eine kostengünstige Speicherlösung für erneuerbare Energien sein

Neue Aluminium-Batterie mit Harnstoff-Elektrolyt könnte eine kostengünstige Speicherlösung für erneuerbare Energien sein
Ein Haus mit Energie aus Photovoltaik- und Thermieanlagen, die die Sonnenstrahlen einfangen. Foto: Timo Leukefeld

Eines der größten “missing links” beim Thema erneuerbare Energien ist ein günstiger Hochleistungs-Energiespeicher. Die Lösung könnte eine neue Art von Batterie sein, die an der Stanford University (USA) entwickelt wurde.

Das Grundproblem dürfte bekannt sein: Solare Energieerzeugung funktioniert nur, wenn die Sonne scheint und Windenergie ist genial, wenn es windig ist, die erneurbaren Energien sind aber nicht sehr hilfreich für das Netz in der Dunkelheit und wenn es wenig Luftbewegungen gibt. Das ist das Haupt-Argument gegen erneuerbare Energien, auch wenn es viele Argumente für die Entwicklung zusätzlicher Solar- und Windenergieanlagen ohne umfangreiche Energiespeicherlösungen gibt. Allerdings, wenn Low-Cost-und Hochleistungs-Batterien leicht verfügbar wären, könnte es einen Weg zu einem nachhaltigeren und sauberer Energie-Grid geben. Es scheint jetzt so, dass ein paar der Stanford-Ingenieure dies entwickelt haben, es könnte eine tragfähige Option für die netzgekoppelte Energiespeicherung sein.

Stanford-Chemie Professor Hongjie Dai und Doktorandin Michael Angell haben mit drei relativ preiswerten Materialien, nämlich Aluminium, Graphit und Harnstoff, eine wiederaufladbare Batterie geschaffen, die nicht brennbar, sehr effizient und langlebig ist.

„So im Wesentlichen ist das, was wir nun haben, eine Batterie, die mit einigen der billigsten und am häufigsten vorkommenden Materialien, die Sie auf der Erde finden können, gebaut wird und sie hat tatsächlich eine gute Leistung. Wer hätte gedacht, dass man Graphit, Aluminium, Harnstoff nehmen kann und tatsächlich eine Batterie machen kann, die einen ziemlich langen Lebenszyklus hat? “ – Hogjie Dai

Eine frühere Version dieser wiederaufladbaren Aluminiumbatterie erwies sich als effizient und langlebig, sie verwendete aber auch einen teuren Elektrolyten, wohingegen die letzte Iteration der Aluminiumbatterie Harnstoff als Basis für den bereits produzierten Elektrolyten verwendet. Harnstoff gibt es in großen Mengen, z.B. für Dünger und andere Produkte.

Laut Stanford, nutzt die neue Entwicklung das erste Mal Harnstoff in einer Batterie, und weil Harnstoff ist nicht brennbar ist (wie es z.B. Lithium-Ionen-Batterien sind), scheint dies eine gute Wahl für die Energiespeicherung, wenn Sicherheit größte Bedeutung hat, zu sein. Und die Tatsache, dass die neue Batterie ist auch effizient und erschwinglich macht es ein ernster Anwärter, wenn es um große Energiespeicher-Anwendungen als gut kommt.

„Ich würde mich jedenfalls sicherer fühlen, wenn die Pufferbatterie in meinem Haus aus Harnstoff ist, weil sie mit geringer Wahrscheinlichkeit Feuer verursacht.“ – Hogjie Dai

Laut Angell ist die Verwendung der neuen Batterie als Gitterspeicher „das Hauptziel“, dank der hohen Effizienz und langen Lebensdauer, verbunden mit den niedrigen Kosten der Komponenten. Durch eine Berechnung des Wirkungsgrads, die Coulomb-Effizienz genannt wird, die die Beziehung zwischen der in die Batterie eingesetzten Ladungseinheit und der Ausgangsladung misst, wird die neue Batterie mit 99,7% bewertet, was hoch ist.

Um den Anforderungen eines netzgekoppelten Energiespeichersystems gerecht zu werden, müsste eine Batterie mindestens ein Jahrzehnt halten, während die derzeitigen Harnstoff-basierten Aluminium-Ionen-Batterien bis zu 1500 Ladezyklen halten konnten. Die Verbesserung der Lebensdauer ist wichtig beim in Ziel der Entwicklung einer kommerziellen Version.
Das Team hat einige seiner Ergebnisse auf der Website der Nationalen Akademie der Wissenschaften unter dem Titel „High Coulombic Effizienz Aluminium-Ionen-Akku mit einem AlCl3-Harnstoff ionischen flüssigen analogen Elektrolyten“ veröffentlicht. (Roman Bold)

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