Zink-Batterie als Energiespeicher

„Die Energiewende ist mehr als Strom", sagte Walter Leitner vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion kürzlich in einer Rede. Und er hat Recht. Die grün-gewonnene Energie muss schließlich auch gespeichert werden, um in Zukunft auch im Winter mit Strom aus Wind- und Solaranlagen heizen zu können. Diese effiziente Speichertechnologien fehlen bisher allerdings, die Abkehr von fossilen Energieträgern bleibt also eine Herausforderung.

Ein deutsches Forschungskonsortium unter der Leitung des Fraunhofer IZM setzt genau hier an und ist dabei eine neuartige und kostengünstige Zink-Batterie zu entwickeln, die nicht nur als Langzeitspeicher von Energie, sondern auch zur Wasserstoffproduktion genutzt werden kann. Die Vision der Forscher ist es, eine langlebige Batterie aufzubauen, die explizit für eine Langzeitspeicherung geeignet ist und somit ein gesamtes Land über längere Zeit mit grüner Energie versorgen könnte.

„Anders als herkömmliche Lithium-Akkus sind Zink-Speicher nämlich wesentlich kostengünstiger, und verwenden leicht verfügbare Rohstoffe (Stahl, Zink, Kaliumhydroxid) und sind recycelbar. Ein weiterer Clou: Sie ermöglichen die bedarfsgerechte Produktion von Wasserstoff.“ So beschreibt das Fraunhofer IZM die Vorteile in einer kürzlich veröffentlichten Mitteilung. Die Materialkosten sollen sogar weniger als ein Zehntel eines Lithium-Akkus betragen.

Dr. Robert Hahn vom Fraunhofer IZM koordiniert das Projekt und erklärt, was auf chemischer Ebene in der Batterie passiert: „Während des Aufladens oxidiert Wasser in der Batterie zu Sauerstoff, gleichzeitig wird Zinkoxid zu metallischem Zink reduziert. 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.“ (Siehe Abbildung)

In der Theorie so weit so gut. Das Grundprinzip konnten die Forschenden im Labor bereits unter Beweis stellen, allerdings nur anhand von sogenannten Einzelzellen. Der Test wies einen Wirkungsgrad von 50% zur Stromspeicherung und 80% zur Wasserstofferzeugung bei einer prognostizierten Lebensdauer von zehn Jahren aus. Zum Jahresende soll ein Demonstrator entstehen, dessen Betriebsführung in einem Teststand erforscht wird. Bis zur finalen Industrietauglichkeit muss das System zwar noch einige Etappen des Up-Scaling durchlaufen, bereits jetzt hat die im Projekt assoziierte Firma Zn2H2 aber schon Patente angemeldet. Das Forschungskonsortium ist überzeugt damit den „Weg für innovative Lösungen der Energiespeicherung und Herstellung von Wasserstoff für die Ära der Energiewende zu ebnen.“

Das Projekt Zn-H2 wird unter der Fördernummer 03SF0630A vom BMBF gefördert und läuft noch bis September 2025. Am Projekt beteiligt sind: Zn2H2 GmbH, Steel PRO Maschinenbau GmbH, Fraunhofer IFAM, Technische Universität Berlin, Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft und das Fraunhofer IZM.