EINSWenn immer mehr Solar- und Windenergie in das australische Netz einspeist, brauchen wir Möglichkeiten, diese für später zu speichern. Wir können Strom auf verschiedene Arten speichern, von Pumpwasserkraftwerken bis hin zu großen Lithium-Ionen-Batteriesystemen. Wir können auch Flow-Batterien verwenden. Hierbei handelt es sich um eine weniger bekannte Kreuzung zwischen einer herkömmlichen Batterie und einer Brennstoffzelle.
Flow-Batterien können Energie ins Netz zurückspeisen bis zu 12 Stunden – viel länger als Lithium-Ionen-Akkus, die nur vier bis sechs Stunden halten.
Ich war einer der Erfinder einer der Haupttypen von Flow-Batterien in den 1980er Jahren. Es hat Jahrzehnte gedauert, solche Batterien kommerziell nutzbar zu machen. Aber endlich werden sie wahr.
In diesem Jahr hat die australische Regierung eine Nationale Batteriestrategie die inländische Herstellung von Batterien auszubauen. Diese 500-Millionen-Dollar-Strategie konzentriert sich auf die bekannten Lithium-Ionen-Batterien, die Telefone und Autos antreiben. Es wird aber auch Flow-Batterien enthalten.
Batterien werden immer wichtiger. Sie können jetzt Autos, Häuser und sogar Städte betreiben. Riesige Summen werden für die Kommerzialisierung neuer Batteriechemien ausgegeben, um das Stromnetz zu elektrifizieren, zu transportieren und umweltfreundlicher zu machen.
Bis heute ist dies in den meisten Teilen Australiens der Fall Netzbatterien Verwenden Sie Chemikalien wie Lithium-Ionen. Da sich unser Stromnetz jedoch auf erneuerbare Energien verlagert, benötigen wir eine längerfristige Speicherung, um den Bedarf an Ersatzgeneratoren für fossile Brennstoffe zu eliminieren. Es ist eine Aufgabe, die für Flow-Batterien geeignet ist.
Was zeichnet Flow-Batterien aus?
Herkömmliche Batterien wie Lithium-Ionen-Batterien speichern Strom in ihren Elektroden, meist aus Metall.
Flow-Batterien speichern Strom in ihren flüssigen Elektrolyten. Elektrolytlösungen werden in externen Tanks gespeichert und durch einen Reaktor gepumpt, wo an inerten Elektroden chemische Reaktionen zur Energieerzeugung stattfinden.
Flow-Batterien können an die Anforderungen einer Aufgabe angepasst werden. Sie können ändern, wie viel Strom Sie erzeugen (in kW) und wie viel Speicher (in kWh). Wenn Sie mehr Speicher wünschen, erhöhen Sie die Elektrolytmenge in den Tanks.
Wenn Sie die Speicherkapazität erhöhen, erhöht sich der Preis pro kWh gespeicherte Energie dramatisch. Dies liegt daran, dass Sie nur mehr flüssige Elektrolyte hinzufügen müssen, anstatt wie bei herkömmlichen Batterien komplett neue Batteriepakete hinzuzufügen.
Damit sind Flow-Batterien derzeit die günstigste Möglichkeit, Strom über längere Zeiträume (über acht Stunden) zu speichern. Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien können Flow-Batterien Zehntausende Zyklen lang laufen, und der Elektrolyt kann viel länger – oder sogar unbegrenzt – halten. Ein Nachteil ist ihr Gewicht – diese Batterien sind sehr schwer und nicht tragbar.
Bisher wurden Zink-Brom- und Vanadium-Redox-Batterien am häufigsten getestet und kommerziell eingesetzt.
Vanadiumfluss
Mitte der 1980er Jahre leisteten meine Kollegen und ich Pionierarbeit bei der Entwicklung von Vanadium-Redox-Flow-Batterien an der University of New South Wales. Vanadium ist ein ungewöhnliches Metall. Es kann in derselben Lösung in verschiedenen Oxidationsstufen vorliegen. Dies bedeutet, dass Sie eine Batterie mit nur einem Element statt mit zwei Elementen betreiben können, wie es bei anderen Chemikalien der Fall ist. Dadurch wird eine Kreuzkontamination vermieden und die Elektrolytlösung hat eine unbegrenzte Lebensdauer.
Nach jahrzehntelanger Entwicklung werden Vanadium-Flow-Batterien nun von Unternehmen in Japan, China und Europa kommerziell hergestellt, wobei mittlerweile weltweit Kapazitäten von mehreren GWh installiert sind.
China, der weltweit größte Vanadiumproduzent, hat kürzlich viele große neue Vanadium-Flow-Batterieprojekte genehmigt. Im Dezember der weltweit größte Kommen Sie online in Dalian, China, mit 175 MW Kapazität und 700 MWh Speicher.
Australiens erste Vanadium-Flow-Batterie im Megawatt-Maßstab wurde installiert in Südaustralien im Jahr 2023. Das Projekt nutzt Batteriespeicher im Netzmaßstab, um Strom aus einem Solarpark zu speichern.
Die größte Herausforderung bei der Kommerzialisierung war die Sicherung von Vanadium, dessen Preis und Angebot aufgrund der konkurrierenden Nachfrage stark schwankten der Stahlindustrie.
Dies wird sich wahrscheinlich ändern. Staatliche Investitionen in kritische Mineralien haben den Bau mehrerer Vanadium-Minen und Verarbeitungsanlagen vorangetrieben. Australien könnte in Zukunft ein wichtiger globaler Vanadiumproduzent werden. Im Jahr 2023 wurde Townsville zur Heimat Australiens erste Fabrik produziert Vanadium-Elektrolyt.
Eisen und Zink
Flow-Batterien können aus vielen verschiedenen chemischen Stoffen gebaut werden. Zwei weitere vielversprechende Chemikalien sind Eisen-Eisen und Zinkbromid.
Eisenstrombatterien wurden verwendet in Entwicklung in den USA seit 2011. Diese Zellen verwenden Eisen, Salz und Wasser und machen so den Bedarf an Vanadium überflüssig.
In Australien plant das in Queensland ansässige Unternehmen ESI Asia Pacific, nach Abschluss der Bauarbeiten im Jahr 2026 in einer neuen Fabrik in Maryborough eigene Eisenstrombatterien zu entwickeln.
Obwohl Eisen reichlich vorhanden und billig ist, basieren diese Batterien auf hochreinem Eisenchlorid, um die Eisenkorrosion zu reduzieren. Dies kann dazu führen, dass Elektrolyte deutlich mehr kosten als erwartet. Die Feldtestdaten sind bisher begrenzt.
Zink-Brom-Batterien verwenden eine Lösung aus Zink, einem Metall, und Brom, einem aus Salzwasser gewonnenen Element. Die Chemie bedeutet, dass jede Zelle eine höhere Stromabgabe als andere Flow-Batterien hat, aber das bringt eine Herausforderung mit sich: Wege zu finden, dies zu erreichen Wachstum stoppen baumartiger Dendriten im Inneren der Zelle, die die Energieproduktion stören oder Kurzschlüsse auslösen können.
Batteriebetriebene Zukunft?
Der Aufbau einer größeren australischen Batterieindustrie wird Zeit und Geld erfordern. Aber die Nachfrage nach Batterien wird steigen global expandieren in den kommenden Jahren im Strom- und Transportsektor.
Wie wir an der Elektrifizierung des Straßenverkehrs arbeiten, werden wir sehen Nachfrage nach Strom Anstieg sowie die Nachfrage nach den mittlerweile allgegenwärtigen Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen.
Als großer Lithiumproduzent könnte Australien auch Lithiumbatterien für den heimischen Gebrauch oder den Export herstellen. Um im globalen Wettbewerb bestehen zu können, müssen wir uns der Automatisierung zuwenden.
Trotz unterschiedlicher Chemie weisen Flussbatterien viele gemeinsame Komponenten auf, die lokal hergestellt werden könnten und die Energieautarkie erhöhen. Flow-Batterien erforderten lange Zeit eine zeitaufwändige und teure manuelle Montage. Aber das ist es jetzt möglich Automatisierung von Montagelinien, was die Kosten senken und die Wettbewerbsfähigkeit australischer Batterien verbessern wird. Meine Kollegen und ich arbeiten derzeit an dieser Herausforderung.
Innerhalb eines Jahrzehnts könnte Australien ein weltweit wettbewerbsfähiger Batteriehersteller und Exporteur kritischer Mineralien werden. Dies wird den Übergang zu sauberer Energie sowohl zu Hause als auch auf der ganzen Welt erleichtern.
Maria Skyllas-Kazacos ist emeritierte Professorin an der School of Chemical Engineering der University of New South Wales. Dieser Artikel wurde ursprünglich am veröffentlicht das Gespräch
