Redox-Flow-Batterien Durchbruch – Kosten von 25 USD/kWh oder weniger

Redox-Flow-Batterien Durchbruch - Kosten von 25 USD/kWh oder weniger

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Um entscheidende Schritte in puncto Einsatz von erneuerbare Energie zurücklegen zu können wird die nachhaltige Energiespeicherung sein. Denn es können noch so viele Wind-, Wasserkraftwerke oder PV-Anlagen in Betrieb genommen werden, wenn der Strom immer sofort nach Erzeugung verbraucht werden muss, wird diese Energie wohl nicht ausreichen. Es ist daher notwendig, dass die erneuerbaren Energien gespeichert und dann abgerufen werden, wenn man sie benötigt.

Derzeit gibt es im Wesentlichen drei Möglichkeiten, Strom zu speichern – Lithium-Ionen-Batterien, Pumpspeicherkraftwerke oder Redox-Flow-Batterien. Lithium-Ionen-Akkus kennen wir aus der E-Mobilität zu genüge. Für die Speicherung erneuerbarer Energien sind diese jedoch eher ein kleiner Baustein, da die Akkus immer noch sehr teuer sind. Pumpspeicherkraftwerke sind ebenfalls sehr gut im Speichern von Energie, aber sie benötigen viel Platz und können nicht so schnell reagieren wie Batterien. Bleibt die Redox-Flow-Batterie. Hierzu zunächst nachfolgend die Definition von Wikipedia:

„Die Redox-Flow-Batterie (RFB) oder (Redox-)Flussbatterie – allgemeiner auch Flüssigbatterie oder Nasszelle genannt – ist eine Ausführungsform eines Akkumulators. Sie speichert elektrische Energie in chemischen Verbindungen, wobei die Reaktionspartner in einem Lösungsmittel in gelöster Form vorliegen. Die zwei energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren dabei in zwei getrennten Kreisläufen, zwischen denen in der galvanischen Zelle mittels einer Membran der Ionenaustausch erfolgt. In der Zelle werden dabei die gelösten Stoffe chemisch reduziert bzw. oxidiert, wobei elektrische Energie frei wird.“

Wie CleanTechnica berichtet haben Redox-Flow-Batterien einen einzigartigen Vorteil. Die Leistungsmenge und die Menge der gespeicherten Energie kann an die Bedürfnisse des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden. Zudem sei es so, dass diese im Vergleich zu Batterien und Wasserkraftwerken, nur eine geringe Stellfläche benötigen. Zudem können die Redox-Flow-Batterien Elektrizität für lange Zeiträume speichern, was bedeutet, dass Elektrizität, die im Sommer von PV-Anlagen erzeugt wird, für einen kalten, bewölkten Wintertag gespeichert werden kann. Die Energiedichte einer hybriden Durchflussbatterie, insbesondere eines Polysulfid/Luft-Systems, ist etwa 500-mal höher als die eines Pumpspeichers aus Wasserkraft.

Bisher habe jedoch der Kostenvorteil gegenüber Lithium-Ionen-Akkus gefehlt. Auch die kürzere Lebensdauer der Redox-Flow-Batteiren war alles andere als positiv anzusehen. Aber Forscher an der Warwick University in Großbritannien, in Zusammenarbeit mit Kollegen am Imperial College London, gaben zu verstehen, dass sie einen Weg gefunden haben, die Kosten für Redox-Flow-Batterien auf 25 US-Dollar pro kWh oder weniger zu senken, indem sie kostengünstige Materialien wie Mangan und Schwefel verwenden. Materialien, welche in der Natur, im Vergleich zu Lithium-Ionen-Akku-Materialien, im Überfluss vorhanden sind. Die Forscher behaupten, dass die Materialkosten für ihre neue Batterie etwa 1/30 der Materialien betragen, die für eine Lithium-Ionen-Batterie benötigt werden, bei der teure Elemente wie Kobalt zum Einsatz kommen. Ihre Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift Applied Materials & Interfaces veröffentlicht.

Laut Science Daily kombiniert die Technologie hinter der neuartigen Redox-Flow-Batterie kohlenstoffbasierte Elektroden mit kostengünstigen Elektrolyten – Mangan oder Schwefel – mittels einer einfachen und dennoch hocheffektiven elektrophoretischen Abscheidung von Nano-Kohlenstoff-Additiven (stickstoffdotiertes Graphen), die die Haltbarkeit und Leistung der Elektrode in stark sauren oder alkalischen Umgebungen deutlich verbessert.

„Darüber hinaus zeigen die geschätzten Systemkosten, dass Hybride Redox-Flow-Zellen (HRFCs) potenziell kostengünstige Alternativen zu den kommerziellen Standard-Vanadium-Redox-Akkumulator sind. Die hier berichteten Studien können neue Anreize für die weitere Optimierung von HRFCs liefern“, so ein Auszug aus der abschließenden Zusammenfassung der Forschungsarbeit.  Sollte sich das, was die Forscher sagen, in der Praxis bewahrheitet, ist man in der Tat einen Schritt weiter, bei der Speicherung erneuerbarer Energien, zu überschaubaren Kosten.

Quelle: CleanTechnica – Researchers Claim Redox Flow Battery Breakthrough Will Cost $25 Per kWh Or Less

Über den Autor

Sebastian hat Elektroauto-News.net im Juni 2016 übernommen und veröffentlicht seitdem interessante Nachrichten und Hintergrundberichte rund um die Elektromobilität. Vor allem stehen hierbei batterieelektrische PKW im Fokus, aber auch andere Alternative Antriebe werden betrachtet.

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Wenn es damit besser und einfacher geht Energie zu speichern als mit Wasserstoff, gerne. Andererseits gibt es in Deutschland Gasspeicher für etwa drei Monate Gasverbrauch. Die werden bei der Umstellung auf Wärmepumpenheizungen aber nicht mehr alle gebraucht.

Kein Wort darüber, ob in dieser neuen Variante noch Vanadium verwendet wird? Sehr schade.

Ich verstehe den Artikel so, dass bei dieser Lösung das teure Vanadium durch irgendwelche Schwefel- und Mangan-Verbindungen ersetzt werden kann. Sonst wären es irgendwie gar keine News.

Mal bei Baerbock nachfragen.

Die Expertin für die zukunftsweisende Kobold Technologie.
Will jetzt Kanzlermutti werden.

Die Redox-Flow Sau wieder einmal, die durchs Dorf getrieben wird… Existierende Redoxsysteme basieren auf schweineteuren (haha Wortspiel) Vanadiumelektrolyten. Niedrige Energie- und Leistungsdichte. Kein weiterer Kommentar.

Hier geht es um ein Forschungsprojekt. „Darüber hinaus zeigen die geschätzten Systemkosten…“ „potenziell kostengünstige Alternative“…also alles noch in der Entwicklung, nichts was in 5 Jahren einsatzreif ist. Wenn es denn bis dahin überhaupt funktioniert. Der Durchbruch besteht lediglich darin, mal kein Vanadium zu verwenden.

Für die potentielle Möglichkeit, Energie über Wochen oder gar Monate speichern zu können, ist jede Batterie zu teuer. Hier lohnt mal eher der vielbeschriebene Wasserstoff. Einen Pufferspeicher für Stunden oder Tage werden wir bei vollkommenem Umstieg auf Elektrofahrzeuge eh haben. Bis dahin werden aber sicher noch tausende Artikel zu weiteren Durchbrüchen veröffentlicht 😉

Kommt im Artikel schlecht rüber, aber wenn ich das nach Überfliegen des Forschungsberichts richtig verstanden habe, geht es eben genau um den Ersatz von Vanadium u.a. durch billiges Mangan.

Das teure Vanadium ist ein Problem. Die geringe Energiedichte eher nicht, da man Redox-Flow-Batterien primär stationär einsetzen wird. Eine umweltfreundliche und vor allem günstige Elektrolytflüssigkeit ist wohl schon der Schlüssel zum Erfolg der Redox-Flow-Batterien in der für sie geeigneten Nische.

Eine Wasserstoff-Anlage, die in Verbindung mit einer PV-Anlage, ein 1-Familienhaus mit Strom und Wärmeenergie versorgt, gibt es schon heute. Kosten 60.000 bis 90.000 Euro plus PV-Anlage.

Für eine Autarkie muss vermutlich die große Version mit 3 x 300 kWh = Speicher 900 kWh (elektrisch) als Wasserstoff plus Batterie als Kurzeitspeicher mit 25 kWh gemommen werden – Gesamtgewicht über 8 Tonnen, der Großteil des Gewichts entfällt auf die Standard-Stahlflaschen für den Wasserstoff.

Von günstig oder weniger Resourcenverbrauch kann beim Wasserstoffspeicher wohl nicht gesprochen werden. Der einzige Vorteil von Wasserstoffspeicher ist derzeit noch der Preis, der aber in einigen Jahren nicht mehr gegeben ist. Bei 25 Dollar pro kWh mit Redox-Flow-Batterien wäre Wasserstoff aus dem Spiel.

Diese günstige Redox-Flow-Batterie (25 Dollar pro kWh oder weniger) ist zwar noch in der Forschung, dürfte aber noch in diesem Jahrzehnt kommen – etliche Jahre vor dem gesetzlichen Ende der Verbrennerautos.

Aus Sebastians Artikel:

[…] Lithium-Ionen-Akkus kennen wir aus der E-Mobilität zur Genüge [sp.]. Für die Speicherung erneuerbarer Energien sind diese jedoch eher ein kleiner Baustein, da die Akkus immer noch sehr teuer sind.[…]

Aber gerade diese Unmenge an erwartbarer Speicherkapazität schon der nächsten Jahre in eFahrzeugen ist doch – netzdienlich und gg. ein (kleines) Entgelt eingebunden – die Chance zumindest für die 1-2-3-tageweise Ausregelung von Erzeugungs-/Lastspitzen!

Ein Durchschnitts“fahrzeug“ steht etwa 23 Stunden pro Tag herum und fährt in der übrigen Zeit etwa 38km, was bei einem (heute) besseren Elektrofahrzeug 10% Akkukapazität bedeutet. Damit deutet sich schon ein gewisses Verbrauchs- und Erzeugungspotential an. Wenn der Netzbetreiber den Fahrzeugbesitzer z.B. mit Bonus-kWh entlohnt, und jeder frei entscheiden kann, wann und wieviel er positive und oder negative Regelleistung bereitstellt, könnte das eine ganze Menge bewegen…

Die Zeiten, in denen nur mit Megawattkraftwerksblöcken gedacht wurden, sollten so langsam vorbei sein…

Im englischen Text steht £20 (22,60 Euro) pro kWh und in der Überschrift $25 (20,57 Euro) pro kWh.

Für meine Zukunftsvision (PV-Anlage, Pufferbatterie und Erdwärmepumpe) würde das bedeuten:
(Redox-Flow-Batterie 1.000 kWh x 22,60 Euro = 22.600 Euro)

Redox-Flow-Batterie = 22.600 Euro
PV-Anlage fürs Dach= 15.000 Euro
Erdwärmepumpe === 20.000 Euro
Ingesamt ========= 57.600 Euro

57.600 Euro geteilt durch 25 Jahre gleich 2.304 Euro pro Jahr geteilt durch 10.000 kWh gleich 23,04 ct/kWh.

Jede Senkung des kWh-Preises ist mir willkommen, dadurch rückt die autarke Strom- und Energieversorgung für 1-Familienhäuser (und andere Gebäude) näher und das zu bezahlbaren Preisen – billiger als Netzstrom.

Jetzt müssten nur noch alle Komponenten 25 Jahre durchhalten und keinerlei Wartungs- bzw. Reparaturkosten produzieren. Ach ja, eine 0%-Finanzierung wäre auch nicht schlecht. Ausgaben in dieser Höhe genehmigt mein Sparschwein nicht.
Übrigens: 1MWh reicht für ein autarkes Einfamilienhaus mit BEV/PHEV sicher nicht.

Wenn bei der Wasserstoffanlage (plus PV-Anlage) mit knapp 1.000 kWh an Speicher auch ein E-Auto mitversorgt werden kann, (ob dies ganzjährig möglich ist, das müsste man die Hausbesitzer fragen) dann müsste das auch bei der Batterieanlage möglich sein.

Ob alle Komponenten 25 Jahre durchhalten?

PV-Anlage – Hersteller geben meist 20-25 Jahre Garantie, tatsächliche Lebensdauer 30-40 Jahre.

Wärmepumpe – durchschnittlich 15-20 Jahre, einige halten auch 25 Jahre.

Batterie – ??? – hier fehlen noch die Langzeiterfahrungen.

Nachtrag:

Wartung und Reparaturen fallen auch bei anderen Heizungsarten. Wie sich die Zinsen oder die Strompreise der Energieversorger in Zukunft entwickeln, das weis keiner. Es ist eine Rechnung mit etlichen Unbekannten, egal für welche Strom- und Energieversorgung man sich entscheidet.

Die Frage ist, ob vollständige Autarkie ein so wichtiges Ziel ist. Bzw., in vielen Konstellationen widerspricht vollständige Autarkie der ökologisch optimalen Lösung.
In der Schweiz beispielsweise produzieren die meisten E-Werke den Strom mit Wasserkraft. Mein E-Werk z.B. sagt, dass es noch jede Menge Solarenergie einbauen kann, ohne ein Problem zu bekommen. Bei viel Sonnenschein drosselt es einfach die Wasserkraftwerke und hat dann mehr Wasser für die Nacht (Flusskraftwerke) und den Winter (Stauseen). Solange mein E-Werk den Solarstrom auf diese Weise puffert und mir faire Bedingungen bietet, ist das ökologisch die viel bessere Lösung, als wenn ich grosse Investitionen tätige und tonnenweise Chemie in den Keller stelle. Aktuell sind die Konditionen fair: Ich erhalte 9.3 Rappen (~Cents) für die eingespeiste kWh und zahle 10.4 Rappen für Nachtstrom (Tagstrom 24 Rappen).
Für mich persönlich habe ich darum nicht mehr die vollständige Autarkie als Anforderung, sondern möglichst geringe Energiekosten und minimale Notversorgung bei Stromausfall, sodass ich dann wenigstens die eigene PV-Energie benutzen kann (ist auch schon nicht selbstverständlich, man braucht dazu eine ‚inselfähige‘ Lösung) und zusätzlich noch Speicher für ein paar Tage Notversorgung (Licht, Informatik, Telekommunikation), sagen wir so 20 kWh.
p.s. Zur Heizungs-Autarkie bei Stromausfall reichen ein Schwedenofen und ein paar Ster Holz vor dem Haus.

Habe noch kurz nachgeschaut zum Energiegehalt von Holz: Ein Ster (1m x 1m x 1m-Holz) luftgetrocknetes Holz habe einen Energiegehalt von ca. 1’800 kWh (4.3 kWh pro kg). Holz als Energiespeicher schlägt also preislich mehr als locker alle Ihre Speicher-Szenarien. Für Licht und Computer ist es etwas weniger praktisch, zum Heizen hingegen sehr wohl.
Somit die Ideallösung für Ihr Zuhause: Mittelgrosse Batterie von ca. 10-20 kWh und ein Holzofen mit etwas Holz.

Wer neben Nachbarn mit Holzofen lebt, der wird Umweltschutz und Holzofen als schlechte Kombination betrachten, was da an Feinstaub und sonstigen schädliche Stoffen in die Luft geblasen wird.

2020 kostet ein kleines Gerät (inklusive Leistungselektronik, aber ohne Installation) mit bis zu 6 Kilowattstunden nutzbarer Speicherkapazität zwischen 900 und 1.900 Euro (netto) pro Kilowattstunde. Größere Geräte mit bis zu 14 Kilowattstunden Speicherkapazität sind ab 600 Euro (netto) zu haben.

(Quelle: finanztip.de – Stand: 13. Januar 2021)

14 kWh ab 8.400 Euro netto – mit 19% MwSt. ab etwa 10.000 Euro.

Durch die E-Autos und die Weiterentwicklung der Batterietechnik dürfte es in einigen Jahren eine 1.000-kWh-Batterie für knapp 30.000 Euro geben und damit eine ganzjährige autarke Stromspeicherung von PV-Strom für 1-Familienhäuser mit etwa 10.000 kWh Jahresstrombedarf.

@Daniel W: Meine 7,8kWp PV-Anlage liefert übers Jahr mehr Strom, als ich im Einfamilienhaus und für den PHEV (Nutzungsgrad elektrisch ca. 90%) brauche. Nachts benötige ich ca. 300W, ein 4kWh-Akku wäre hier ausreichend. Will ich aber den Winter überbrücken, benötige ich 1,5-2 MWh Akku-Kapazität, dein 1 MWh-Akku wäre bei mir also nicht ausreichend.
Selbst wenn ich „nur“ ein 1,5MWh Akku zu 25€/kWh anschaffe, wäre ich bei 37.500€. Dass diese Investition sich irgendwann einmal rechnet, werde ich mit Sicherheit nicht mehr erleben. Leider.

Deshalb bleiben die meisten beim Heizöl, 10kWh/Liter

Wenn der Stromanbieter den Strom für weniger als 25 ct/kWh anbietet, dann rechnet sich meine Zukunftsvision der autarken Strom- und Energievesorgung erst später. Und bei etwa 11 ct/kWh Nachtstrom dürfte es Jahrzehnte dauern bis sich eine Autarkie rechnen würde.

In Deutschland muss der Bürger eher mit steigenden Strompreisen rechnen, trotz sinkender Ökostrompreise, denn den billigen Strom bekommen die großen Industriebetriebe. Aber die Bürger dürfen den „notleidenden“ Konzernen mit der EEG-Umlage unter die „schwachen“ Arme greifen.

Bei sinkenden Batteriepreisen dürften viele Hausbesitzer in Zukunft den Netzanschluss kappen und den Strom selber produzieren. Dann dürfen die Konzerne die ganzen Kosten selber tragen, die bisher die Bürger und die kleineren Betriebe übernommen haben.

Habe im Originalartikel den Vergleich mit Pumpspeichern nicht gefunden, er ist unsinnig, solange nicht die Speicherhöhe angegeben wird. Hier wird offensichtlich wieder eine „Wunderwaffe“ geschmiedet.

In Deutschland sieht es mit Pumpspeichern eher düster aus, neue haben keine Chance wegen Umweltschutz und bei den alten könnte das Wasser schneller verdunsten als es nachfließen kann wegen Klimawandel.

Ich sehe für die Stromspeicherung nur eine Zukunft bei günstigen Batteriesystemen, alles andere lässt sich nicht durchsetzen (Umweltschutz) oder es rechnet sich bei günstigen Batterien nicht mehr.

Zusätzlich bzw. an Stelle von Pumpspeichern gibt es beton-Hohlkugeln, die am Meeresboden oder am Boden tiefer Seen betrieben werden können. Dort ist genug Platz zum Hochskalieren der E-Speicher.

Un jetzt, außer dem Kostenargument lauter alte Karamellen. Schwacher Bericht.

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