Ende des vergangenen Jahres hatte die CMBlu Energy AG über eine Kooperation mit der Schaeffler AG & Co. KG berichtet, nun hat Alzenauer Experte im Bereich von Organic-Flow-Batterien eine Zusammenarbeit mit der Mann+Hummel GmbH bekannt gegeben. Eine jetzt unterzeichnete Vereinbarung sieht die gemeinsame Entwicklung und Industrialisierung von Energiewandlern für organische Redox-Flow-Batterien vor.
Das Ziel beider Partner sei es, durch den Ausbau der Ladeinfrastruktur die Elektromobilität zu unterstützen und der Energiewirtschaft eine „nachhaltige und sehr kosteneffiziente Speichertechnologie für das Gelingen der Energiewende zu bieten“, heißt es in einer Mitteilung des Unternehmens.
Die Geschäftsidee für Redox-Flow-Batterien mit organischen Elektrolyten aus Lignin (Organic Flow) wird seit 2014 von CMBlu intensiv erforscht und entwickelt. Die Batterien bestehen im Wesentlichen aus zwei Tanks mit Elektrolyt-Flüssigkeit und einem Energiewandler. Die Wandler sind aus einer Vielzahl von aneinander gereihten Zellen aufgebaut (Batterie-Stacks). Die Flüssigkeiten werden durch die Batterie-Stacks gepumpt und nach Bedarf aufgeladen oder entladen.
Mann+Hummel will komplette Fertigungslinie aufbauen
Die Technologie von CMBlu habe nun die Prototypenreife erreicht, heißt es. Im langfristigen Kooperationsvertrag mit Mann+Hummel wird die weitere Entwicklung und Industrialisierung der Batterie-Stacks geregelt. Das operative Management übernimmt das Mann+Hummel-Spin-Off i2M GmbH (innovation-to-market), das sich im Konzern speziell um die Entwicklung und Einführung innovativer Technologien kümmert. Im nächsten Schritt werde Mann+Hummel eine komplette Fertigungslinie in einem Werk in Europa aufbauen. CMBlu will bereits in den nächsten zwei Jahren ausgewählte Pilotprojekte mit Referenzkunden realisieren. Ab 2021 plant CMBlu die Vermarktung der ersten kommerziellen Systeme.
Skalierbarkeit als großer Vorteil von Redox-Flow-Systemen
Ähnlich dem Prinzip konventioneller Redox-Flow-Batterien wird auch bei Organic Flow von CMBlu elektrische Energie in chemischen Verbindungen gespeichert. Dabei sind die Reaktionspartner in organischen Molekülen aus Lignin in wässriger Form vorhanden und werden durch den Energiewandler bzw. Batterie-Stack gepumpt. Das Besondere an Flow-Batterien ist, dass eine unabhängige Skalierbarkeit von Kapazität und elektrischer Leistung möglich ist. Die Anzahl der Stacks bestimmt die Leistung der Batterien. Durch eine hohe Anzahl Stacks vervielfacht sich die Leistung. Auch die Kapazität der Batterie ist skalierbar und wird durch die Größe der Tanks definiert. Das erlaubt flexible Anpassungen an den jeweiligen Anwendungsbereich, so kann etwa Solarstrom über mehrere Stunden gespeichert werden und nachts in das Netz eingespeist werden.
Um eine kosteneffiziente Massenproduktion zu ermöglichen, seien die wichtigsten Komponenten im Stack an den organischen Elektrolyten angepasst worden. Dabei kann nahezu die vollständige Wertschöpfungskette für die Stacks lokal abgedeckt werden. Es entstehen keine Importabhängigkeiten von einzelnen Ländern. Zudem werden in den Batterie-Stacks keine seltenen Erden oder Schwermetalle verwendet. Durch die wässrigen Elektrolyte sind die Systeme nicht entflammbar oder explosiv und können sehr sicher betrieben werden.
Vielseitige Anwendungsbereiche im Stromnetz
Organic-Flow-Batterien eigneten sich für vielfältige Anwendungsbereiche im Stromnetz wie zum Beispiel bei der Zwischenspeicherung von Strom aus erneuerbarer Energieerzeugung oder bei der Glättung von Lastspitzen in Industriebetrieben, heißt es bei CMBlu weiter. Ein Einsatzgebiet ist auch die Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität. Die Batterien tragen als Pufferspeicher zur Entlastung von Stromnetzen bei, die für zusätzliche Lasten nicht aufgerüstet werden müssen. Zudem werde gleichzeitiges Schnellladen von Elektrofahrzeugen ermöglicht. „Letztlich wird ein dezentralisiertes Ladenetz für Elektrofahrzeuge nur mit leistungsfähigen und skalierbaren Energiespeichern möglich sein“, heißt es.
„Unsere Überlegungen gehen auf die Energiespeicherung im Körper zurück. Dieser nutzt im Zitronensäurezyklus ebenso eine Redox-Reaktion auf Basis von organischen Molekülen“, sagt CMBlu Vorstand Peter Geigle. Es sei nun gelungen, das Prinzip zur großtechnischen Speicherung von elektrischer Energie anzuwenden. „Hierfür nutzen wir die unbegrenzt verfügbare und bisher fast ungenutzte Ressource Lignin, die jährlich im Millionen-Tonnen-Maßstab in der Papier- und Zellstoffindustrie anfällt.“ Die entwickelte Technologie ermögliche dabei sehr große und kosteneffiziente Energiespeicher. Der Batterie-Stack erfordere als „Herzstück des Systems“ höchste Qualität und Prozesssicherheit in der Fertigung. Für die Industrialisierung sieht Geigke in Mann+Hummel einen optimal geeigneten Partner.
Bei der Herstellung des Elektrolyts seien Filtrationsschritte notwendig, die Mann+Hummel mit speziellen Membranen erfüllen könne, sagt Charles Vaillant, Chief Technology Officer von Mann+Hummel. „Wir erweitern damit unser Portfolio, um die Infrastruktur für eine saubere Mobilität durch Energiespeicherung zu ermöglichen.“
Organische Redox-Flow-Batterien: Schaeffler und CMBlu Projekt AG kooperieren