Die Technologie, die Forscher der Purdue Universität in West Lafayette, Indiana, gerade entwickeln soll großes Potential haben. Sie funktioniert ein wenig wie eine Redox-Flow-Batterie (auch Flüssigbatterie oder Nasszelle genannt) ist schnell zu befüllen, günstig, nahezu emissionsfrei und sehr sicher. Es genügen scheinbar ein paar wenige Umrüstungen in der Infrastruktur um ihr zum Durchbruch zu verhelfen – und natürlich die Marktreife für die Fahrzeuge.

Was ist diese Technologie?

Ein Elektrolyt (eine chemische Flüssigkeit auf Wasserbasis) speichert elektrische Energie. Durch eine Oxidation an der Opferanode (die bei der Oxidation verbraucht wird) werden Elektronen (elektrische Energie) erzeugt, die an der Kathode wiederum reduziert werden. Durch diese Reduktion an der Kathode wird diese Energie frei und steht für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung.

Ist die gespeicherte Energie im Elektrolyten aufgebraucht kann er aus dem Fahrzeug abgepumpt, elektrisch geladen und ins Fahrzeug nachgetankt werden. Er ist quasi der Treibstoff für die Batterie.

Die Batterie produziert Strom und Wasserstoff. Die meisten Wasserstoff-Fahrzeuge haben einen Tank, der unter einem Druck von 5.000-10.000 PSI (ca. 345-689 Bar) steht. Ein enormer Druck und potentiell sehr gefährlich. Da der Wasserstoff mit dieser Batterie permanent erzeugt wird kann er bei Drücken von 20-30 PSI (ca. 1,4-2,1 Bar) gespeichert werden.

Was kann diese Technologie heute leisten?

Die wesentlichen Komponenten sind der Elektrolyt und eine Opferanode. Letztere ist derzeit in Abständen von 3.000 Meilen (ca. 4.828 km) auszutauschen. Der bordeigene Tank für den Elektrolyt ist in etwa 5 Minuten befüllt. In ca. 15 Minuten ist die Anode ausgetauscht.

Die Energiedichte bisheriger Durchflussbatterien war mit ca. 20 Wh/kg nicht besonders hoch. Ein Lithium-Ionen-Akku erreicht bereits 130-140 Wh/kg. Diese Flow-Batterie hat das Potential für den 10-fachen Wert. Leider ist nicht genau spezifiziert, auf welchen der beiden Werte sich John Cushman, Professor der Purdue University, bezieht. Doch auch wenn der erste Wert gemeint ist, läge die Energiedichte deutlich über dem Niveau heutiger Lithium-Ionen-Batterien.

Seit 2017 testet und entwickelt die Universität die Technologie in Golfwagen und Gabelstaplern.

Wie funktioniert der alltägliche Betrieb?

Der derzeit wohl größte Unterschied am Fahrzeug, den der Verbraucher merkt ist, dass der Elektrolyt nicht nur getankt, sondern auch abgepumpt werden muss. Er muss dann zu speziellen Anlagen transportiert und mit Strom (aus erneuerbaren Quellen) wieder aufgeladen werden. Es wäre ein vollendetes Kreislaufsystem mit minimalem Verlust. Hinzu kommt der Austausch der Anode während einer Kaffeepause.

Insgesamt ist die Technologie einfacher, sicherer und umweltfreundlicher als derzeitige Batteriesysteme. Anstatt das Stromnetz für viel Geld umzurüsten könnte man auch Tankstellen umrüsten. Ein Sammeltank und Pumpen für die verbrauchten Elektrolyten wäre eine sinnvolle und sicherlich oftmals einfache Ergänzung.

Die Lagerung in einem normalen Wohnhaus ist kein Problem. Die Flüssigkeit ist stabil genug für die wichtigsten Produktions- und Vertriebsanforderungen. Es gibt keine Brandgefahr nach Kollisionen. Zudem ist die Technologie kostengünstig in Anschaffung und Unterhalt. Der Tausch der Anode ist mit 65$ veranschlagt. Es sind auch keine teuren Wasserstofftankstellen erforderlich.

Ist die Marktreife in absehbarer Zeit zu erwarten?

Die Wissenschaftlicher der Purdue Universität klingen zuversichtlich. Sie schließen zunächst die Tests mit dem Golfwagen und den Gabelstaplern ab. Danach möchten sie Offroad- und Straßenfahrzeuge verwenden. Die Firma IFBattery gründeten sie bereits um die Kommerzialisierung voranzutreiben. Es ist definitiv noch Forschungsarbeit zu betreiben, aber es klingt nach einem vielversprechenden Ausblick für die nächsten 5-10 Jahre.

 

 

Bild: Eric Nauman, Professor für Maschinenbau und in den medizinischen Grundlagenwissenschaften und Mitbegründer von IFBattery, und Michael Dziekan, Chefingenieur von IFBattery, führen Tests an einer membranfreien Durchflussbatterie durch, für den Betrieb eines Golfwagens. Credit: Lyna Landis, Purdue Research Foundation