Wie bei wegweisenden organischen Batterien pflanzliches Lignin genutzt wird
Die Energiespeicherung ist eine wesentliche Voraussetzung für eine bessere Nutzung erneuerbarer Energiequellen. Redox-Flow-Batterien, eine relativ neue Batterieoption, stellen eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien dar. Sie sind hochgradig modular, sicher und skalierbar, weisen geringere Wartungskosten sowie eine längere Lebensdauer und Entladedauer auf. Allerdings ist häufig ein Kühlsystem erforderlich, um die Betriebstemperatur der Redox-Flow-Batterien aufrechtzuerhalten, die typischerweise für eine optimale Leistung bei maximal 40 °C liegt. Dies verringert nicht nur die Energieeffizienz, sondern erhöht auch die Komplexität, den Investitionsaufwand und die Betriebskosten. Zudem werden bei den meisten Redox-Flow-Batterien Elektrolyte auf der Basis von Vanadium verwendet, einem kritischen Rohstoff(öffnet in neuem Fenster). Organische Redox-Flow-Batterien traten 2009 in Erscheinung und bilden einen der vielversprechendsten Ansätze, um ein Netz mit einer zunehmenden Durchdringung mit fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen zu unterhalten. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts BALIHT(öffnet in neuem Fenster) wurde eine organische Redox-Flow-Batterie mit einem Elektrolyt auf Ligninbasis entwickelt, bei der die Betriebstemperaturen und die Energieeffizienz erhöht und gleichzeitig die Sicherheit, die Recycelbarkeit und die Kosteneffizienz verbessert werden.
Keine Kühlung mehr bei Redox-Flow-Batterien nötig
Das Biopolymer Lignin ist eines der wichtigsten Strukturbestandteile von Pflanzen und Bäumen. Dieser natürliche nachwachsende Rohstoff fällt in der vorhandenen Zellstoffproduktion reichlich an. „Bei der organischen Redox-Flow-Batterie von BALIHT kommt ein Elektrolyt auf Ligninbasis in wässriger Lösung zum Einsatz, das sicherer und umweltfreundlicher ist als andere, die giftig oder entflammbar sein können. Die Redox-Flow-Batterie kann bei Temperaturen von bis zu 80 °C arbeiten und weist dank mehrerer Innovationen eine um 20 % höhere Energieeffizienz als die heute üblichen organischen Redox-Flow-Batterien auf“, erklärt Marta Pérez Argilés von AIMPLAS(öffnet in neuem Fenster). Zu den neuen Ausrüstungen gehören Kunststoffrahmen, die die Wärmeformbeständigkeitstemperatur verdoppeln und die Temperaturbeständigkeit verbessern, indem sie die Ausdehnung auf die Hälfte des Referenzmaterials reduzieren. Sie sind vollständig recycelbar und kostengünstig. Darüber hinaus behalten die flexiblen Tanks ihre Festigkeit auch bei Verformung bei und weisen eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit auf. Die integrierten gedruckten Sensoren zeigten ein minimales Auslaufen von Elektrolyten an. Außerdem erleichtern innovative Beschichtungen, die bei höheren Temperaturen arbeiten, die Fluidströmung und bieten chemische Beständigkeit. Schließlich „optimiert das Energiemanagementsystem von BALIHT mit einer benutzungsfreundlichen Oberfläche Ressourcen, Kosten und flexible Anlagen und ist mit anderen Batterietypen kompatibel. Es wurde in warmen Umgebungen mit starker multizyklischer Nutzung validiert und ist an jedes Batteriedesign und einen breitgefächerten Temperaturbereich anpassbar“, fügt Pérez Argilés hinzu.
Sicher und nachhaltig per Design
Wesentliche Bestandteile des BALIHT-Ansatzes waren eine Strategie des sicheren und nachhaltigen Designs und eine soziale Lebenszyklusanalyse, um die sozialen Auswirkungen während des Lebenszyklus der Redox-Flow-Batterien zu berücksichtigen. Zusätzlich zu den Elektrolytlösungen auf Wasserbasis ermöglichen die Elektroden und das wasserlösliche Bindemittel die Rückgewinnung von Kathodenverbindungen aus verbrauchten Elektroden unter ausschließlicher Verwendung von Wasser. Außerdem können die Elektroden erfolgreich regeneriert werden, wobei die Leistung mit der von unbehandelten Elektroden vergleichbar ist. Die Bipolarplatten sind durch mechanische Verfahren recycelbar. „Insgesamt erfüllen die Komponenten von BALIHT die einschlägigen EU-Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltverordnungen und sind zu 80 % recycelbar. Sie verringern außerdem die Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen und verbessern die sozialen Leistungskriterien in Bezug auf Arbeitsplatzsicherheit, Sicherheit am Arbeitsplatz und Löhne. Dies unterstreicht die vielen Möglichkeiten, die sich mit unserer Bio-Redox-Flow-Batterie bieten, um sowohl soziale als auch ökologische Vorteile zu erzielen“, betont Pérez Argilés. Nach weiterer Optimierung und Validierung in einem realen industriellen Umfeld wird sich die leistungsstarke und skalierbare organische Redox-Flow-Batterie von BALIHT auf dem Weg zur Kommerzialisierung befinden, wobei sie einen großen Einfluss auf die Energie- und Nachhaltigkeitsziele der EU ausüben dürfte.
