Testphase für Zink-Luft-Speicher hat begonnen

Bis 2050 sollen mindestens 80 % des in Deutschland verbrauchten Stroms aus nachhaltigen Quellen wie Wind- oder Sonnenenergie stammen. So sieht es das Erneuerbare Energien-Gesetz vor. Für ein flexibles Stromsystem, das auch bei Flauten und bedecktem Himmel stabil bleibt, sind effiziente Energiespeicher künftig unverzichtbar. Ein Team der FH Münster verfolgt einen vielversprechenden Ansatz.

In Kooperation mit dem Ingenieurbüro Kunkel + Partner entwickelten Prof. Dr.-Ing. Peter Glösekötter und seine Mitarbeiter am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der FH Münster einen leistungsstarken und nachhaltigen Energiespeicher auf Basis von Zink und Luft. Zum Abschluss ihres Forschungsprojekts werden sie nun in den kommenden Monaten in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Steinfurt einen funktionsfähigen Demonstrator testen und seine Leistungsfähigkeit verifizieren.

Erfolgreiche Inbetriebnahme eines Demonstrators

Der Zink-Luft-Speicher umfasst insgesamt 72 Einzelzellen mit einer Speicherkapazität von mehr als sieben Kilowattstunden (Bild). Dieser Energiespeicher erinnert optisch an einen futuristischen Gefrierschrank mit Glastür und ist in einer Garage auf dem Gelände der Stadtwerke untergebracht. Die erfolgreiche Inbetriebnahme ist ein Meilenstein für das Projektteam.

„Hinter uns liegen insgesamt sechs Jahre Forschung und zwei aufeinander aufbauende Projekte, in denen wir unter anderem die Zellgeometrie und die Elektrolytzusammensetzung optimiert und ein Batterie-Management-System für Zink-Luft-Speicher entwickelt haben“, resümiert Projektmitarbeiter Dr. Andre Löchte bei der Vorstellung des Demonstrators.

In der aktuellen Formatierungsphase wird die Batterie zunächst zweimal aufgeladen und wieder entladen, bevor sie ihre eigentliche Aufgabe, Sonnenenergie tagsüber zu speichern und nachts wieder abzugeben, aufnimmt. Der praktische Einsatz wird begleitet von einer umfassenden Datenanalyse. „Die Batterie wird rund um die Uhr überwacht. Mehrere Sensoren messen die Zellspannungen und -ströme, aber auch die Elektrolytkonzentration und Temperatur“, betont Löchte.

Neuer Ansatz für bewährte Energiespeicher-Technik

Zink-Luft-Batterien gibt es bereits seit den 1970er-Jahren. Bisher kamen sie aufgrund ihrer hohen Energiedichte und langen Haltbarkeit zum Beispiel als Knopfzellen in Hörgeräten zum Einsatz. Ihr Manko: Sie sind bislang Einwegprodukte, also nicht wiederaufladbar, und damit als Energiespeicher im Kontext der Energiewende unbrauchbar. Der neue Ansatz von Glösekötter ermöglicht nun ein Auf- und Entladen der Zink-Luft-Batterien.

Nachhaltiger Energiespeicher als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien

„Wir sehen großes Potenzial in dieser Technologie. Mit unserer Forschung möchten wir eine umweltverträgliche, effizientere und günstigere Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien aufzeigen“, erklärt Glösekötter. So sei Zink weltweit sehr verbreitet und käme sogar in Deutschland in der Erdkruste vor. In einem ersten Projekt, das 2016 startete, entwickelten die Wissenschaftler gemeinsam mit den Unternehmen EMG Automation und 3e Batterie-Systeme GmbH zunächst den Prototyp für einen wiederaufladbaren Zink-Luft-Speicher. Im nun abgeschlossenen Folgeprojekt optimierten die Elektroingenieure das Design und den Aufbau der Zellen, um die sogenannte Leistungsdichte und Zyklenfestigkeit zu erhöhen.

Demonstrator soll in marktfähiges Produkt überführt werden

Der nächste Schritt ist schon in Arbeit. Glösekötter und sein Team schmieden aktuell Pläne zur Ausgründung. „Unser Ziel ist, den Demonstrator in ein marktfähiges Produkt zu überführen“, betont der Hochschullehrer. „Dazu möchten wir den Speicher langfristig weiter komprimieren. Die Testphase in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken hilft uns außerdem, Schwachstellen im aktuellen System zu identifizieren und auszubessern.“

Über das Projekt
Das Projekt „Leistungsdichteoptimierter Zink-Luft-Speicher – P-ZLS“ wurde im Rahmen des Klimaschutzwettbewerbs „EnergieSystemWandel.NRW“ mit rund 1,2 Mio. Euro durch den EFRE.NRW und das Bundesministerium für Bildung und Forschung unter der Fördernummer „EFRE-0801585“ gefördert. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie >hier.

>Prof. Dr.-Ing. Peter Glösekötter lehrt am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik der FH Münster in den Bereichen Embedded Systems, System on Chip, Ultra Low-Power Design und Energy Harvesting.