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Der Durchbruch der Iron-Flow-Batterietechnologie könnte Lithiumbatterien als „Top-Wahl“ für die Speicherung erneuerbarer Energie verdrängen

Eisen-Flow-Batterien 2

Die Iron-Flow-Technologie von ESS wird in den USA in großem Umfang eingesetzt

Die Stromnetze der Welt knarren unter dem Druck der volatilen Preise für fossile Brennstoffe und der Notwendigkeit, die Welt von umweltverschmutzenden Energiequellen zu entwöhnen. Dank einer innovativen Batterie, die eine kostengünstigere Alternative zur Lithium-Ionen-Technologie ist, könnte eine Lösung auf der Hand sein.

SB Energy Corp., ein US-Unternehmen für erneuerbare Energien, das ein Zweig der japanischen SoftBank Group Corp. ist, kauft die von ESS Inc. hergestellten Batterien in Rekordhöhe. Das Unternehmen aus Oregon sagt, dass es über eine neue Technologie verfügt, die erneuerbare Energie länger speichern kann und helfen, einige der Zuverlässigkeitsprobleme zu überwinden, die in Kalifornien zu Stromausfällen und rekordhohen Energiepreisen in Europa geführt haben.

Batteriedurchbruch kann helfen, die Netzausfälle von Globe zu beenden
ESS Batterien Fotograf: Tojo Andrianarivo/Bloomberg

Die Einheiten, die auf einer sogenannten „Eisen-Flow-Chemie“ beruhen, werden in Solarprojekten im großen Maßstab in den USA eingesetzt, damit diese Kraftwerke noch Stunden nach Sonnenuntergang Strom liefern können. SB Energy wird in den nächsten fünf Jahren genügend Batterien kaufen, um 50,000 amerikanische Haushalte einen Tag lang mit Strom zu versorgen.

„Langzeit-Energiespeicher wie diese Eisen-Durchfluss-Batterie sind der Schlüssel, um mehr erneuerbare Energien ins Netz zu bringen“, sagt Venkat Viswanathan, Batterieexperte und außerordentlicher Professor für Maschinenbau an der Carnegie Mellon Universität.

Batteriedurchbruch kann helfen, die Netzausfälle von Globe zu beenden
Gründer: Craig Evans: Kredit: Tojo Andrianarivo/Bloomberg

ESS wurde 2011 von Craig Evans, dem heutigen Präsidenten, und Julia Song, dem Chief Technology Officer, gegründet. Sie erkannten, dass Lithium-Ionen-Batterien zwar eine Schlüsselrolle bei der Elektrifizierung des Verkehrs spielen werden, für die längerfristige Energiespeicherung im Netzbereich jedoch eine andere Batterie erforderlich ist. Das liegt daran, dass der Preis von Lithium-Ionen-Batterien in den letzten zehn Jahren um 90 % gesunken ist, aber ihre Inhaltsstoffe, zu denen manchmal teure Metalle wie Kobalt und Nickel gehören, begrenzen, wie tief der Preis fallen kann.

Der Deal über 2 Gigawattstunden Batterien hat laut ESS einen Wert von mindestens 300 Millionen US-Dollar. Rich Hossfeld, Chief Executive Officer von SB Energy, sagte, das Genie der Einheiten liege in ihrer Einfachheit.

Batteriedurchbruch kann helfen, die Netzausfälle von Globe zu beenden
Julia Song: Credit: Tojo Andrianarivo/Bloomberg

„Die Batterie besteht aus Eisensalz und Wasser“, sagt Hossfeld. „Im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien sind Iron-Flow-Batterien wirklich günstig in der Herstellung.“

Jede Batterie besteht aus vier Komponenten: zwei Elektroden, zwischen denen geladene Partikel beim Laden und Entladen der Batterie hin und her rutschen, einen Elektrolyten, der den Partikeln einen reibungslosen Fluss ermöglicht und einen Separator, der verhindert, dass die beiden Elektroden einen Kurzschluss bilden.

Flow-Batterien sehen jedoch nicht aus wie die Batterie in Smartphones oder Elektroautos. Das liegt daran, dass der Elektrolyt beim Laden oder Entladen der Batterie physisch mit Pumpen bewegt werden muss. Das macht diese Batterien groß, wobei das Hauptprodukt von ESS in einem Versandbehälter verkauft wird.

Was sie an Raum einnehmen, können sie an Kosten ausgleichen. Lithium-Ionen-Batterien für die Speicherung im Netzmaßstab können bis zu 350 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten. Laut ESS könnte seine Batterie bis 200 2025 US-Dollar pro kWh oder weniger kosten.

Entscheidend ist, dass das Hinzufügen von Speicherkapazität zur Abdeckung längerer Unterbrechungen in einer Solar- oder Windkraftanlage möglicherweise nicht den Kauf einer völlig neuen Batterie erfordert. Flow-Batterien benötigen nur zusätzlichen Elektrolyt, der im Fall von ESS nur 20 US-Dollar pro Kilowattstunde kosten kann.

„Das ist eine große, große Sache“, sagte Eric Toone, wissenschaftlicher Leiter bei Breakthrough Energy Ventures, das in ESS investiert hat. „Wir haben immer und ewig über Flow-Batterien gesprochen und jetzt passiert es tatsächlich.“

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Batteriedurchbruch kann helfen, die Netzausfälle von Globe zu beenden
Ein Arbeiter in der ESS-Einrichtung in Wilsonville, OR Credit: Tojo Andrianarivo/Bloomberg

Die US-amerikanische National Aeronautics and Space Administration baute eine Durchflussbatterie Bereits 1980. Da diese Batterien Wasser verwendeten, stellten sie eine viel sicherere Option für Weltraumanwendungen dar als zu dieser Zeit entwickelte Lithium-Ionen-Batterien, die berüchtigt dafür waren, Feuer zu fangen. Hossfeld sagt, er habe sogar im waldbrandgefährdeten Kalifornien Genehmigungen für ESS-Batterien bekommen, die Lithium-Ionen-Versionen nicht gegeben hätten.

Trotzdem gab es ein Problem mit den Eisenflussbatterien. Während des Ladevorgangs kann die Batterie eine geringe Menge Wasserstoff produzieren, was ein Symptom für Reaktionen ist, die unkontrolliert die Lebensdauer der Batterie verkürzen. Die wichtigste Innovation von ESS, so Song, sei eine Möglichkeit, den erzeugten Wasserstoff im System zu halten und so dessen Lebensdauer enorm zu verlängern.

„Sobald man den Wasserstoffkreislauf schließt, verwandelt man plötzlich einen Laborprototyp in eine kommerziell rentable Batterieoption“, sagt Viswanathan. Die Iron-Flow-Batterie von ESS kann mehr als 20 Jahre im täglichen Gebrauch aushalten, ohne viel an Leistung zu verlieren, sagte Hossfeld.

Batteriedurchbruch kann helfen, die Netzausfälle von Globe zu beenden
Kunststoffplatten werden in der ESS-Produktionsstätte in Wilsonville, OR, mit Plasma behandelt
Bildnachweis: Tojo Andrianarivo/Bloomberg

Im Werk des Unternehmens in der Nähe von Portland bedecken gelbe Roboter Kunststoffplatten mit Chemikalien und kleben sie zu Batteriekernen zusammen. In den Versandbehältern wird jede Elektrode von Fässern mit Elektrolyt durch Pumpen versorgt – so kann die Batterie ihre Aufgabe erfüllen, erneuerbare Energie zu absorbieren, wenn die Sonne scheint, und sie bei Einbruch der Dunkelheit wieder abzugeben.

Es ist ein vielversprechender erster Schritt. Die Batterie von ESS ist eine kostengünstige Lösung, die derzeit etwa 12 Stunden Speicher bietet, aber Versorgungsunternehmen werden irgendwann Batterien benötigen, die viel länger halten können, wenn mehr erneuerbare Energien in das Netz aufgenommen werden. Anfang dieses Monats trug beispielsweise der Mangel an Speicher zu einem Rekordanstieg der Strompreise in ganz Großbritannien bei, als die Windgeschwindigkeiten wochenlang niedrig blieben. Startups wie Form Energy Inc. verwenden auch Eisen, ein reichlich vorhandenes und billiges Material, um neuere Formen von Batterien zu bauen, die ESS im Preis schlagen könnten.

Bisher hat ESS 8 Megawattstunden Eisenflussbatterien kommerziell eingesetzt. Letzte Woche, nach einer sechsmonatigen Evaluierung, unterzeichnete der spanische Energieversorger Enel Green Power SpA einen einzigen Vertrag für ESS, um einen entsprechenden Betrag zu bauen. Hossfeld von SB Energy, der auch im Vorstand von ESS sitzt, sagte, das Unternehmen werde in den nächsten fünf Jahren wahrscheinlich noch mehr Batteriekapazität von ESS kaufen.

Auch wenn sich die Auftragsbücher füllen, steht ESS vor einem herausfordernden Weg. Die Markteinführung neuer Batterien ist bekanntermaßen schwierig und die Branche ist übersät mit gescheiterten Start-ups. Entscheidend ist, dass die Lithium-Ionen-Technologie einen Vorsprung hat und die Kunden mit ihren Vor- und Nachteilen besser vertraut sind. ESS muss beweisen, dass seine Batterien den hohen Anforderungen der Kraftwerksbetreiber gerecht werden.

Der neue Auftrag sollte ESS dabei helfen, innerhalb weniger Wochen über eine spezielle Akquisitionsgesellschaft mit einem Wert von 1.07 Milliarden US-Dollar an die Börse zu gehen. Die Notierung wird dem Unternehmen 465 Millionen US-Dollar einbringen, die es zur Erweiterung seiner Geschäftstätigkeit verwenden möchte.

Beiträge von Tom Metcalf

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Quelle: https://genesisnanotech.wordpress.com/2021/10/06/iron-flow-battery-technology-breakthrough-could-displace-lithium-batteries-as-top-choice-for-renewable-energy-storage/

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