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Energiespeicher: Biomoleküle sollen Ökostrom speichern

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Auch wenn Wind und Sonne schon heute reichlich Strom liefern, der Energieversorgung der Zukunft fehlt bisher die entscheidende Komponente: ein Energiespeicher, der überschüssigen Strom aufnimmt und bei Bedarf wieder an das Netz abgibt. Jetzt bringen Forscher um Michael Aziz von der Harvard University in Cambridge eine altbekannte Speichermethode wieder ins Gespräch: die Batterie.

Konventionelle Batterien eignen sich als Zwischenspeicher für große Strommengen jedoch nicht. Stattdessen setzt das Wissenschaftlerteam auf eine so genannte Durchflussbatterie. Bei dieser Konstruktion fließt der Strom zwischen zwei Flüssigkeiten, die aus Tanks durch die Zelle strömen. Eine ionenleitende Membran zwischen den Lösungen schließt den Stromkreis. Das Prinzip ähnelt mehr einer Brennstoffzelle als einer klassischen Batterie. Dank der externen Tanks kann eine solche Batterie praktisch eine beliebige Energiemenge speichern.

Schema einer DurchflussbatterieLaden...
Durchflussbatterie mit Chinonen | Diese Batterie funktioniert ohne teure Metalle: Energie speichert sie in Brom und einem Chinon. Hier gezeigt ist der Entladevorgang – steht mehr Strom zur Verfügung, als gebraucht wird, läuft die Reaktion in die entgegengesetzte Richtung.

Der große Haken dabei ist, dass es bisher nur wenige geeignete Redoxsysteme gibt. Sie basieren auf verschiedenen Metallen, die nicht nur teuer sind, sondern auch schlecht löslich. Damit enthält die Lösung nur wenig Salz pro Volumen, und die Energiedichte ist gering. Huskinson und seine Kollegen wollen deswegen ohne teure Metalle auskommen. Als Ersatz borgen sie sich ein organisches Molekül aus der Energieversorgung der Zelle als Energieträger.

Diese so genannten Chinone übertragen in der Atmungskette Elektronen von einem Reaktionszentrum zum anderen, indem sie zu ihrer reduzierten Form, einem Hydrochinon, reagieren. Diese Reaktion läuft extrem schnell ab und eignet sich damit gut für eine Batterie. Derartige organische Moleküle sind nicht nur kostengünstiger als Metalle, sondern werden durch chemische Veränderungen leicht wasserlöslich, so dass die Flüssigkeit weit mehr Energie speichert.

Die so konstruierte Batterie erreicht mit 600 Milliwatt pro Quadratzentimeter eine für diesen Speichertyp respektable Energiedichte. Allerdings müssen noch eine Reihe Probleme gelöst werden, bevor das System Teil eines Stromnetzes sein kann. So verwendeten die Forscher zum Beispiel als zweite Komponente des Redoxsystems Bromid und Brom. Letzteres ist giftig, diffundiert durch die Membran zwischen den Flüssigkeiten und greift Bauteile aus verschiedenen Materialien an.

2. KW 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 2. KW 2014

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