Die FH Münster, EMG Automation und energy environment economics 3e haben einen Energiespeicher entwickelt, der allein mit Zink und Luft funktioniert. „Einer der Vorteile ist, dass Zink weltweit sehr verbreitet ist und sogar in Deutschland in der Erdkruste vorkommt“, erklärt Prof. Peter Glösekötter vom Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der FH Münster, der das Projekt mit seinem Team federführend betreute, in einer Mitteilung. Gerade im Hinblick auf Ressourcenknappheit sei dies eine gute Nachricht.
Edelmetalle und seltene Erden, die in vielen gängigen Energiespeichern verbaut sind, könnten mit der neuen Technologie eingespart werden. „Außerdem lässt sich Zink auch nach dem Einsatz im Speicher sehr gut weiterverwenden, unsere Zellen sind zu 98 Prozent recycelfähig“, meint er. Und der günstige Preis könne sich, so Andre Löchte, wissenschaftlicher Mitarbeiter in Glösekötters Labor, sehen lassen: „An Materialkosten fallen ungefähr 2 Euro pro Zelle an – davon benötigen wir zehn, um eine Kilowattstunde zu speichern.“
Nach Angaben der FH reagiert Zink mit Sauerstoff und setzt dabei Energie frei. Der Zink befindet sich in der Zelle, der Sauerstoff in der Luft gelangt durch die durchlässige Elektrode hinein. Dass sich lediglich ein Reaktionspartner in der Zelle befindet, habe den Vorteil, dass im Vergleich zum gängigen Lithium-Ionen-Akkumulator höhere Energiedichten möglich seien.
Damit man die Zelle aber wieder aufladen kann, sei ein wässriger alkalischer Elektrolyt und eine bifunktionale Gasdiffusionselektrode oder eine separate Ladeelektrode nötig, die eine Oxidation der entstehenden Hydroxidionen ermögliche. Ist der Kapazitätsverlust zu groß, die Zelle also für den Speichergebrauch defekt – den Berechnungen der Wissenschaftler nach ist das ungefähr nach etwa zehn Jahren der Fall –, dann bestehe die Möglichkeit, das verwendete Elektrolyt Kalilauge weiterzuverkaufen. Denn die Industrie könne sie zum Neutralisieren chemischer Abwässer, die häufig sauer sind, einsetzen.
Jetzt steht der nächste Entwicklungsschritt an
„Das Potenzial dieser Technologie ist auf jeden Fall da“, findet Markus Kunkel, Geschäftsführer von 3e: „Außerdem sind wir dank des Elektrolyts auf der sicheren Seite, das Gefahrpotenzial ist geringer als bei anderen Speichertechnologien.“ Auch Anno Jordan von EMG Automation sieht das so. „Wir streben direkt ein nächstes Projekt an. Das Batteriemanagementsystem des aktuellen Demonstrators setzt sich noch aus diskreten Komponenten zusammen. Jetzt steht der nächste Entwicklungsschritt an, wir wollen die Integrationsdichte des Batteriemanagementsystems und damit auch die des Gesamtsystems erhöhen, dann ist das auch etwas für den kommerziellen Bereich.“
Ein weiteres Problem, das das Forscherteam noch lösen möchten, sei die Optimierung des Elektrolytenmanagements. Denn für einen optimalen Ablauf darf die Elektrolyt-Konzentration in den Zellen nicht zu hoch sein. Danach wollen die Wissenschaftler den konkreten Anwendungsfall testen und den Zink-Luft-Speicher an die Photovoltaik-Anlage auf dem Steinfurter Campus der FH Münster anschließen und aufladen.
Zelldesign in puncto höhere Leistungsdichte weiterentwickeln
Für das Folgeprojekt werden gerade die Weichen gestellt. Das Team verspricht sich damit, neue Märkte zu erschließen und das Zelldesign in puncto höhere Leistungsdichte weiterzuentwickeln. Dabei sollen auch die Stadtwerke Steinfurt mit ins Boot kommen. „So können wir die Anforderungen für den praktischen Aufbau weiter spezifizieren und bekommen neue Möglichkeiten zum Testen, zum Beispiel im Windpark hier in Steinfurt“, sagt Löchte.
Projektträger der Zink-Luft-Technologie ist die ETN Jülich, eine Landeseinrichtung für Forschungsförderung. Sie hat das Vorhaben mit einem zuwendungsfähigen Gesamtvolumen von etwa 1,5 Mio. € aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwickelt (EFRE) unterstützt, weil die Idee zum Projekt im Leitmarktwettbewerb Energie- und Umweltwirtschaft.NRW ausgewählt wurde.