Die Energiespeicherung für Privathaushalte erhält eine Überarbeitung der Flow-Batterie

Aug 02, 2023

Da ist es wieder: Georgia bereitet neue Flow-Batterien für den brandheißen Markt für Energiespeicher für Privathaushalte vor.

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Die Kosten für die Energiespeicherung zu Hause sinken weiter, wobei Lithium-Ionen-Batterien den Markt dominieren. Wenn sich dieser Trend fortsetzt, wird es nicht lange dauern, bis Akkus für das ganze Haus genauso verbreitet sind wie Kühlschränke und andere unverzichtbare Geräte. Dazu könnte auch die neue Flow-Batterie-Technologie gehören. Früher auf den Einsatz im Versorgungsmaßstab beschränkt, werden Flow-Batterien sowohl in der Größe als auch in den Kosten kleiner.

Georgias führende öffentliche Universität, das Georgia Institute of Technology, bereitet eine neue, kompakte Flow-Batterie für den brandheißen Markt für Energiespeicher für Privathaushalte vor. Foto mit freundlicher Genehmigung von Georgia Tech.

Wenn alles andere gleich bleibt, wird sich jede Preissenkung bei Batterien auf die Kosten eines Energiespeichersystems für Privathaushalte auswirken. Das „alles andere“ bezieht sich auf den Arbeitsaufwand und andere Balance-of-System-Elemente, die in die gesamten Installationskosten einer Batterie für das ganze Haus einfließen.

Die Interessenvertreter der Lithium-Ionen-Branche haben sicherlich ihren Teil zur Kostensenkung beigetragen. Im vergangenen Januar stellte Bloomberg fest, dass die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien von 2013 bis 2021 um 80 % pro Kilowattstunde gesunken sind.

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums untersuchte die Situation im Jahr 2021 und führte die sinkenden Kosten für Lithium-Ionen-Batterien darauf zurück, dass die Installationskosten von Energiespeichersystemen für Privathaushalte trotz eines leichten Anstiegs der Bilanz weiter sinken. Systemkosten.

NREL weist darauf hin, dass die Vorhersage zukünftiger Kostentrends eine schwierige Aufgabe ist. Letztes Jahr untersuchte NREL jedoch die Zahlen und kam zu einer Fortsetzung der Abwärtsspirale bei der Lithium-Ionen-Energiespeicherung für Privathaushalte, selbst unter einem konservativen Szenario.

Flow-Batterien sind neu in der Energiespeicherszene für Privathaushalte, obwohl es die Technologie schon seit dem 20. Jahrhundert gibt. Die Grundzüge sind einfach. Sie nehmen zwei Tanks mit Komplementärflüssigkeiten und öffnen die Zapfhähne. Die Flüssigkeiten interagieren und nutzen ihre spezielle Chemie, um unter dem wachsamen Auge eines Membran-Chaperons eine elektrische Ladung zu erzeugen. Forscher haben auch an membranfreien Durchflussbatterien gearbeitet, aber das liegt noch in weiter Ferne (unsere vollständige Berichterstattung finden Sie hier).

Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien haben Flow-Batterien mehrere entscheidende Vorteile. „Flow-Batterien können im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien ohne Leistungsverlust aufgeladen werden. Sie können auch über einen längeren Zeitraum Energie speichern, da die beiden Flüssigkeiten unbegrenzt in ihren eigenen Tanks gespeichert werden können, bis jemand Strom benötigt“, stellte CleanTechnica bereits im Jahr 2020 fest.

Auch der Sicherheitsfaktor spielt eine Rolle. Abhängig von der jeweiligen Chemie der Durchflussbatterie können die Flüssigkeiten ungiftige, in der Erde vorkommende und nicht brennbare Materialien enthalten. Das hat die Aufmerksamkeit des US-Verteidigungsministeriums erregt, das Lockheed Martin mit der Installation einer Flow-Batterie in Fort Carson in Colorado beauftragt hat.

Interessenvertreter von Elektrofahrzeugen haben auch die Flow-Batterie-Technologie im Hinblick auf Sicherheits- und Leistungsverbesserungen im Auge behalten.

Aus der Idee eines Elektrofahrzeugs mit Flow-Batterie ist nicht viel geworden, auch weil die Technologie am besten für Szenarien im Versorgungsmaßstab und andere übergroße Anwendungen geeignet ist – zumindest bis vor Kurzem. Etwa ein Jahrzehnt Forschungs- und Entwicklungsarbeit hat die Größe von Flow-Batterien erheblich verringert.

Flow-Batterien für den privaten Gebrauch sind bereits auf dem Markt. Der Knackpunkt ist jetzt der Preis. Die Kosten sowohl für Flow-Batterien als auch für Lithium-Ionen-Batterien für den Einsatz im ganzen Haus liegen derzeit auf dem gleichen Niveau wie die Kosten für den Einbau eines neuen HVAC-Systems, wenn nicht sogar höher. Diese Vorabkosten können für viele Hausbesitzer unerschwinglich sein, unabhängig von langfristigen Einsparungen bei den Stromrechnungen.

Der Online-Solarmarktplatz Energy Sage bietet ein benutzerfreundliches Tool zum Nachschlagen von Postleitzahlen zur Schätzung der Kosten für ein Energiespeichersystem für das ganze Haus mit Solaranlage auf dem Dach. Es ist nicht billig.

Im Hinblick auf die Rettung des Planeten vor dem katastrophalen Klimawandel würde ein starker Rückgang der Kosten für die Energiespeicherung in Eigenheimen es mehr Hausbesitzern ermöglichen, die Beschleunigung der Entwicklung von Wind- und Solarenergie zu unterstützen.

Hier kommt die neue Flow-Batterie des Georgia Institute of Technology ins Spiel. Ein Forschungsteam im Georgia Tech-Labor von Assistenzprofessor Nian Liu hat an einer neuen Konfiguration gearbeitet, die die Größe einer Flow-Batteriezelle um beeindruckende 75 reduziert %, verbunden mit einer entsprechenden Kostenreduzierung.

Das Team erreichte die 75-Prozent-Marke, indem es das jahrzehntealte, sperrige Planarzellendesign aufgab, auf das frühere Generationen von Flow-Batterie-Ingenieuren reagiert hatten.

„…kommerzielle Flow-Batterien basieren immer noch auf Zellkonfigurationen, die vor Jahrzehnten entwickelt wurden. Die planare Konfiguration weist eine große Zellgröße mit sperrigen Komponenten für hohe Leistung auf, was zu einer geringen volumetrischen Leistungsdichte, einem hohen Platzbedarf und hohen Kapitalkosten führt“, erklärte das Team zuvor Jahr, indem sie über die Ergebnisse ihrer Arbeit in den Proceedings of the National Academy of Sciences berichten.

Anstatt die planare Konfiguration zu verwenden, konzentrierte sich das Georgia Tech-Team auf eine neue Architektur, die Bündel von Nanoröhren umfasst. Die Röhrenkonfiguration wird üblicherweise in chemischen Trennprozessen unter der Bezeichnung „Sub-Millimeter, Bundled Microtubular“ (SBMT)-Membran verwendet.

„Diese Innovation verfügt über ein platzsparendes Design, das den Druck auf die Membranen, die Ionen passieren, abmildern kann, ohne dass zusätzliche Unterstützungsinfrastruktur erforderlich ist“, erklärt die Georgia Tech-Website.

Alle Details erhalten Sie bei PNAS unter dem Titel „Eine im Submillimeterbereich gebündelte mikrotubuläre Durchflussbatteriezelle mit ultrahoher volumetrischer Leistungsdichte“, in der die Autoren erklären, dass sie ihr neues SBMT-Zelldesign mithilfe der Zink-Iodid-Chemie demonstriert haben.

„[Unsere SBMT-Zelle weist Spitzenlade- und Entladeleistungsdichten von 1.322 W/LZelle bzw. 306,1 W/LZelle auf, verglichen mit durchschnittlichen Lade- und Entladeleistungsdichten von <60 W/LZelle bzw. 45 W/LZelle „Herkömmliche Planar-Flow-Batteriezellen“, berichtete das Team, wobei sich W/L auf die volumetrische Leistungsdichte der Flusszelle bezieht.

Das Team zeigte außerdem, dass seine neue Zelle mit anderen Flow-Batterie-Chemikalien kompatibel ist, darunter Zink-Bromid, Chinon-Bromid und Vanadium.

Zu den nächsten Schritten gehört die Umstellung auf einen automatisierten Prozess zur Herstellung des Hohlfasermoduls mit Blick auf Tests im hauseigenen 1,4-Megawatt-Mikronetz von Georgia Tech und die anschließende Kommerzialisierung.

Wenn alles nach Plan verläuft, werden die neue Flow-Batterie und andere Energiespeichertechnologien für Privathaushalte auf dem Radar des Energie-, Politik- und Innovationszentrums des Strategic Energy Institute an der Georgia Tech stehen. EPICenter wurde damit beauftragt, eine vom Energieministerium finanzierte Initiative zur Entwicklung des Georgia Energyshed zu leiten, das als Planungsinstrument für verteilte Energieressourcen dienen wird. Dazu gehören sowohl die Energiespeicherung als auch die Erzeugung und Verteilung.

Die Idee besteht darin, das Wassereinzugsgebietsmodell auf Wasserressourcen anzuwenden und einen modernen Ansatz zur Elektrifizierung zu entwickeln, der auf zentralisierte Kraftwerke verzichtet und stattdessen Lösungen bietet, die einen Nutzen für die Gemeinschaft bieten.

Das Energyshed-Projekt ist in guten Händen, da Georgia Tech eine der am besten bewerteten öffentlichen Universitäten des Landes ist. Darüber hinaus hat das Georgia Department of Economic Development den Staat eifrig als Drehscheibe für Elektrifizierungsinnovationen gefördert.

Trotz des Murrens einiger führender Beamter gegen ESG wendet Georgien weiterhin erhebliche öffentliche Mittel auf, um den Dekarbonisierungsrahmen voranzutreiben, mit landesweiten Auswirkungen und wirtschaftlichen Vorteilen für den Heimatstaat. Weiß die eine Hand, was die andere tut? Wer weiß! Wenn Sie dazu eine Meinung haben, hinterlassen Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread.

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Foto: Eine neue Durchflussbatteriezelle in Entwicklung, mit freundlicher Genehmigung des Georgia Institute of Technology.

Tina ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, Spitzentechnologie, neue Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserfragen. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @TinaMCasey und Spoutible.

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