Lithiumbatterien sind eine hervorragende Lösung zur Speicherung von Energie, die von Sonnenkollektoren oder anderen Ökostromquellen erzeugt wird. Da sie jedoch schnell genug entladen werden, ist dies eine kurzfristige Lösung - Energie „für die Zukunft“ zu sparen, wird nicht funktionieren. Darüber hinaus werden sehr große Speicher benötigt, um wirklich große Mengen an Energie zu speichern (einer davon wurde von Elon Musk in Australien gebaut).
Experten haben seit vielen Jahren nach einer geeigneten Lösung gesucht, aber bisher wurde nichts Radikales geschaffen. In letzter Zeit sind jedoch Brennstoffzellen, die Energie beispielsweise aus Wasserstoff erzeugen, populärer geworden. Neulich wurde bekannt, dass ein neuer Typ von Brennstoffzellen gleichzeitig in zwei Richtungen arbeitet - sie können aus Methan oder Wasserstoff Strom erzeugen oder sie können Energie verbrauchen und Methan oder Wasserstoff produzieren.
Der Wirkungsgrad der Zelle ist recht hoch: Wenn Sie eine bestimmte Menge Energie für die Produktion von Methan oder Wasserstoff aufwenden und dann alles in die entgegengesetzte Richtung laufen lassen, können Sie 75% des früher verbrauchten Stroms erhalten. Im Prinzip sehr gut.
Einschränkungen
Wie oben erwähnt, sind Batterien für eine langfristige Stromversorgung nicht allzu gut.
Weitere Nachteile sind die langsame Ladegeschwindigkeit sowie die hohen Kosten. Eine gute Lösung können fließende Batterien sein, die immer häufiger eingesetzt werden.
Eine fließende (Redox-) Batterie ist ein elektrischer Energiespeicher, der eine Kreuzung zwischen einer herkömmlichen Batterie und einer Brennstoffzelle darstellt. Ein flüssiger Elektrolyt, der aus einer Lösung von Metallsalzen besteht, wird durch den Kern gepumpt, der aus einer positiven und einer negativen Elektrode besteht, die durch eine Membran getrennt sind. Der zwischen Kathode und Anode entstehende Ionenaustausch führt zur Stromerzeugung.
Sofort wiederaufladbare Batterien sind jedoch nicht so effektiv wie herkömmliche Batterien, aber der darin verwendete Elektrolyt ist normalerweise giftig oder verursacht Korrosion (und manchmal beides).
Eine Alternative zur Speicherung von Energie über einen längeren Zeitraum besteht darin, überschüssigen Strom in Kraftstoff umzuwandeln. Aber hier ist nicht alles so einfach, die üblichen Schemata zur Umwandlung von Energie in Kraftstoff sind energieintensiv genug, so dass die Effizienz des Systems niemals hoch sein wird. Darüber hinaus sind Reaktionskatalysatoren üblicherweise teuer.
Eine Möglichkeit zur Kostensenkung ist die Verwendung einer reversiblen (umgekehrten) Brennstoffzelle. Im Prinzip sind sie nicht neu. Bei der Arbeit in Vorwärtsrichtung nehmen Brennstoffzellen Wasserstoff oder Methan als Brennstoff und erzeugen Strom. In entgegengesetzter Richtung erzeugen sie Kraftstoff, indem sie Strom verbrauchen.
Nur reversible Brennstoffzellen sind ideal für die langfristige Energiespeicherung sowie für die Produktion von Methan oder Wasserstoff, wo sie benötigt werden.
Warum werden sie noch nicht universell eingesetzt? Denn theoretisch sieht alles gut aus, aber in der Praxis gibt es unüberwindliche Schwierigkeiten. Erstens benötigen viele solcher Elemente eine hohe Temperatur, um zu arbeiten. Zweitens produzieren sie eine Mischung aus Wasserstoff und Wasser anstelle von reinem Wasserstoff (in den meisten Fällen). Drittens ist die Zykluseffizienz sehr gering. Viertens wird der Katalysator in den meisten vorhandenen Elementen schnell zerstört.
Ausweg
Es wurde von Forschern der Colorado School of Mines vorgeschlagen. Sie untersuchten die Möglichkeiten reversibler elektrochemischer Protonenkeramikzellen. Bei der Energieerzeugung sind sie sehr effizient und benötigen keine sehr hohe Temperatur - es gibt genügend Abwärmequellen aus industriellen Prozessen oder der traditionellen Stromerzeugung.
Wissenschaftler haben die Technologie verbessert, indem sie Ba / Ce / Zr / Y / Yb und Ba / Co / Zr / Y als Material für die Elektroden angeboten haben. Für ihre Arbeit wird eine Temperatur von 500 Grad Celsius benötigt, was kein Problem darstellt. Außerdem werden etwa 97% der Energie, die dem System zugeführt wurde, für die Produktion verwendet. In diesem Fall arbeiten die Zellen mit Wasser oder Wasser und Kohlendioxid. Sie produzieren im ersten Fall Wasserstoff oder im zweiten Methan.
Der Systemwirkungsgrad beträgt ca. 75%. Nicht so gut wie die Batterien, aber für die meisten Zwecke ist dies genug. In diesem Fall werden die Elektroden nicht zerstört. Nach 1200 Teststunden stellte sich heraus, dass sich das Material praktisch nicht zersetzte.
Ein weiteres Problem bleibt zwar bestehen - die hohen Kosten der Ausgangsmaterialien, aus denen die Elektroden hergestellt werden. Das gleiche Ytterbium kostet ungefähr 14.000 US-Dollar pro Kilogramm, so dass die Herstellung wirklich großer Brennstoffzellen ziemlich teuer sein kann.
Aber vielleicht können die Entwickler dieses Problem lösen - auf jeden Fall wird bereits in diese Richtung gearbeitet.
