Energiespeicherung in Flüssigmetallen und Salzschmelzen
Energiesysteme mit einem dominanten Anteil volatiler Quellen, wie Photovoltaik und Windkraft, erfordern Speicher um die zeitliche Differenz zwischen Angebot und Nachfrage ausgleichen zu können.
Im Rahmen des Horizon 2020 Projekts SOLSTICE entstehen neuartige Na-ZnCl2 Hochtemperaturzellen, deren Entwicklung von vornherein auf die Erfordernisse stationärer Speicher zugeschnitten ist. SOLSTICE hat das Ziel, so möglichst kostengünstige und umweltverträgliche Speicher herzustellen, die ohne Konfliktmineralien auskommen und leicht wiederverwertbar sind um den Anforderungen an die von der EU angestrebten Kreislaufwirtschaft zu genügen.
Prinzipskizze der von SOLSTICE entwickelten Na-ZnCl2-Zellen. (Grafik: HZDR/Blaurock)
Wie wird es erforscht?
Im Forschungsprojekt SOLSTICE arbeiten 12 europäische Partner zusammen. Die Entwicklung der Zellen erfordert sowohl Kenntnisse der Elektrochemie geschmolzener Salze und flüssiger Metalle, als auch Kompetenzen im Bereich der Batteriefertigung und des Batteriemanagements sowie der techno-ökonomischen Bewertung. SOLSTICE entwickelt und testet Na-ZnCl2-Zellen im Labor mit dem Ziel nachzuweisen, dass sie unter realistischen Betriebsbedingungen über längere Zeit als Speicher eingesetzt werden können. Dabei wird das Verhalten der Zellen elektrochemisch untersucht. Für ein vertieftes Verständnis werden einige Zellen im Betrieb mit Röntgen- und Neutronenstrahlen durchleuchtet, um Einblicke in ihr Innenleben zu erhalten. Die Experimente werden von numerischen Simulationen begleitet, die helfen, das Zellverhalten zu verstehen und zu optimieren. Wirtschaftlichkeitsbetrachtung und Lebenszyklusanalyse dienen der Bewertung der erzielten Ergebnisse.
Aufbau einer Versuchszelle (links) und Röntgenaufnahme im Betrieb bei 600 °C (rechts).
Was ist der Nutzen für die Gesellschaft?
Die Umstellung der Energieversorgung auf überwiegend volatile Quellen (Windkraft und Photovoltaik) zieht Differenzen zwischen Angebot und Nachfrage nach sich. Deren Ausgleich erfordert stationäre Speicher hoher Kapazität, die zu niedrigen Kosten und mit möglichst geringen Umweltauswirkungen hergestellt werden sollten. Die von SOLSTICE entwickelten Speicher verwenden mit NaCl und Zn auch in der Europäischen Union gut verfügbare Rohstoffe, die preiswert sind und deren Gewinnung die Umwelt vergleichsweise wenig in Mitleidenschaft zieht. Der Aufbau der Zellen mit makroskopisch getrennten Schichten von Materialien erleichtert die Wiederverwendung enorm und trägt so zu einer günstigen Gesamtbilanz bei.