Robert Klatt
Die Energiewende erfordert große Energiespeicher, etwa Batterien. Nun wurde eine optimierte Eisen-Redox-Flow-Batterie vorgestellt, deren Elektrolyt ohne Kapazitätsverluste 6.000 Ladezyklen erreicht.
Shenyang (China). Erneuerbare Energien haben 2025 Kohlekraftwerke als größte Stromquelle abgelöst. In Anbetracht dieser Entwicklung nimmt der Bedarf an langlebigen und möglichst günstigen Energiespeichern global zu. China hat deshalb kürzlich unter anderem eine große Druckluftspeicheranlage mit 2.400 Megawattstunden (MWh) Kapazität installiert. Eisen-Flow-Batterien gelten ebenfalls als vielversprechend, weil die erforderlichen Rohstoffe in großen Mengen vorhanden sind und die Kapazität und Leistung unabhängig voneinander skalierbar sind.
Es war bisher aber problematisch, dass negative Elektrolyte auf Eisenbasis eine schlechte elektrochemische Reversibilität besitzen und dass die aktiven Materialien sich schnell zersetzen. Die Lebensdauer aktueller Eisen-Flow-Batterien ist deshalb vergleichsweise kurz.
Forscher der Chinese Academy of Sciences (CAS) haben nun ein neues Design für Eisen-Flow-Batterien entwickelt, das die Elektrolyten mit zwei chemischen Schutzmechanismen stabilisiert. Dadurch werden die Batterien chemisch stabiler, die Zersetzung der aktiven Materialien und Materialverluste nehmen ab und die Lebensdauer nimmt zu.
In der optimierten Batterie sind die Eisen-Ionen im Elektrolyten von großen organischen Molekülen umgeben, die wie ein Schutzschild wirken. Die aggressiven Hydroxid-Ionen können die Eisen-Ionen deshalb schlechter angreifen. Die Eisen-Ionen besitzen zudem eine negative elektrische Ladung. Weil die Hydroxid-Ionen ebenfalls negativ geladen sind, stoßen sie einander ab und die aggressiven Hydroxid-Ionen können die Eisen-Ionen schlechter erreichen. Das Design kombiniert also einen räumlichen Schutz durch große Molekülstrukturen und einen elektrischen Schutz durch negative Ladungen.
Die optimierte Eisen-Redox-Flow-Batterie hat bei einer Stromdichte von 80 mA·cm⁻² 6.000 Ladezyklen ohne Kapazitätsverlust durchlaufen und im Mittel eine Effizienz von 99,4 Prozent erreicht. Bei einer Stromdichte von 150 mA·cm⁻² lag die Energieeffizienz bei 78,5 Prozent. Die maximale Leistungsdichte liegt laut den Leistungstests bei 392,1 mW·cm⁻².
Laut den Forschern zeigt die Studie, dass Eisen-Redox-Flow-Batterien deutlich langlebiger und kostengünstiger werden können. Die optimierten Batterien eignen sich somit als Basis für große Energiespeicher, die entscheidend für die Energiewende und den weiteren Ausbau der CO₂‑neutralen Stromproduktion sind.
Quellen:
Pressemitteilung der Chinese Academy of Sciences (CAS)
Studie im Fachmagazin Advanced Energy Materials, doi: 10.1002/aenm.202506734