Energie kostengünstig speichern und Wasserstoff produzieren – das kann eine neuartige Batterie auf Zink-Basis. Erste Tests wiesen einen Wirkungsgrad von 50 Prozent zur Stromspeicherung und 80 Prozent zur Wasserstofferzeugung bei einer prognostizierten Lebensdauer von zehn Jahren aus, heißt es in einer Presseinformation des Fraunhofer IZM. Ziel des Forschungsprojekts Zn-H2 sei, einen elektrisch aufladbaren Wasserstoffspeicher zu entwickeln, der Energie in Form von metallischem Zink speichern und bedarfsgerecht Elektrizität und Wasserstoff bereitstellen kann.
Leicht verfügbare und recycelbare Materialien
Anders als herkömmliche Lithium-Akkus seien Zink-Speicher wesentlich kostengünstiger, verwendeten leicht verfügbare Rohstoffe (Stahl, Zink, Kaliumhydroxid) und seien recycelbar, beschreibt das IZM die Vorteile des verwendeten Materials. Ausgehend von bereits bekannten Lösungen im Batteriebereich mit Zink-Anode kombinierten die Forschenden diese Technologie mit der alkalischen Wasser-Elektrolyse. So könne der neue Energiespeicher auch die Produktion von Wasserstoff ermöglichen.
Gesamtwirkungsgrad Stromspeicherung doppelt so hoch wie Power-to-Gas
„Während des Aufladens oxidiert Wasser in der Batterie zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert“, erklärt Robert Hahn vom Fraunhofer IZM. „Bei der bedarfsgerechten Entladung der Speicherzelle wird das Zink wieder in Zinkoxid umgewandelt. Das Wasser wird wiederum reduziert, so dass Wasserstoff erzeugt und freigesetzt wird. So entstehe eine einzigartige Kombination aus Batterie und Wasserstoff-Herstellung mit einem Gesamtwirkungsgrad der Stromspeicherung von 50 Prozent, womit wir die alternative und zurzeit favorisierte Power-to-Gas-Technologie doppelt übertreffen.“ Da die Materialkosten weniger als ein Zehntel eines Lithium-Akkus betrügen, eröffne sich hier eine wirtschaftlich attraktive Perspektive zur Speicherung grüner Energie.
Zn2H2 GmbH
Erfolgreiche Laborversuche
Im Labor konnten die Forschenden das Grundprinzip des neuen Systems bereits unter Beweis stellen und untersuchten anhand von Einzelzellen Wirkungsgrade und die Stabilität der Ladezyklen – mit Erfolg: Bei einer realistischen Nutzung in jahreszeitbedingten Dunkelpausen, aber auch bei der täglichen Nutzung als Solarspeicher hätten die Katalysatoren eine Lebensdauer, welche einen Betrieb von mehr als zehn Jahren erlauben würden. Bis zur finalen Industrietauglichkeit müsse das System aber noch einige Etappen des Up-Scaling durchlaufen.
Demonstrator entsteht bis Ende 2023
Bis zum Jahresende soll zunächst ein Demonstrator entstehen, dessen Betriebsführung in einem Teststand erforscht wird. Final sollen acht Zellen mit einer Kapazität von circa 12 Volt und 50 Ampere-Stunden elektrisch verbunden werden. Als kostengünstige Produktionstechnik für die großflächige Herstellung des bifunktionalen Katalysators demonstrieren die Forschenden die galvanische Abscheidung: Vorab wird mit Tests die Reproduzierbarkeit der Abscheidung untersucht. (kw)
