Redox-Flow-Batterien werden billiger - Forscher erhalten Fraunhofer-Preis

© Umsicht, v.l.n.r. Thomas Seipp, Lukas Kopietz, Christian Doetsch

Oberhausen - Redox-Flow-Batterien eignen sich hervorragend, um große Mengen regenerativer Energien zu speichern. Doch waren sie bislang auf Grund der Kosten noch nicht für den Massenmarkt geeignet. Das dürfte sich aber schon bald ändern.

Forscher des Fraunhofer Umsicht in Oberhausen ist es gelungen, mit einem neuen Design den Materialeinsatz und die Kosten für das Herz einer Redox-Flow-Batterie – den Stack – deutlich zu senken. Dafür haben drei Forschende den Joseph-von-Fraunhofer-Preis erhalten. Mehrere tausend dieser neuartigen Stacks wurden bereits gebaut und verkauft.

Kunststoff statt Metall: Neue Materialien senken Kosten für Stacks
Bisher mussten die Stacks für die Redox-Flow-Batterien aus einer Vielzahl von Schrauben und massiven Metallplatten zusammengehalten und mit zahlreichen Dichtungen abgedichtet werden. Ein Teil dieser Komponenten wird spritzgegossen und ist aufgrund der für den Spritzguß notwendigen hohen Drücke und Temperaturen spröde. Für ihre Innovation verwendet das Fraunhofer-Forscherteam mit Grafite und Ruße zwar ähnliche Ausgangsstoffe, entwickelte aber eine ganz andere Herangehensweise.

Im Ergebnis entsteht durch den neuen Herstellungsprozess ein völlig neues Material mit sehr besonderen Eigenschaften. Lukas Kopietz vom Fraunhofer Umsicht: „Das neue Material erhält dabei thermoplastische Eigenschaften, es ist also biegsam und verschweißbar, obwohl der Kunststoff nur einen Anteil von 20 Prozent hat“.

Die Vorteile liegen auf der Hand: Der Stack kommt jetzt ohne eine einzige Dichtung aus, auch Schrauben sind überflüssig – die Zellen werden einfach miteinander verschweißt. Des Weiteren lassen sich die Bipolarplatten mit dieser Methode nicht nur deutlich schneller und damit kostengünstiger herstellen, es gibt auch keine Größenbegrenzung mehr. Bipolarplatten mit bis zu mehreren Quadratmetern sind nun problemlos möglich.

Bipolarplatten jetzt von der Rolle – Volterion hat bereits mehrere tausend Stacks gebaut und verkauft
Der zweite entscheidende, weil kostensenkende, Schritt war die Entwicklung eines kontinuierlichen Produktionsverfahrens: das Pulver-zu-Rolle-Verfahren, in dem sich die Bipolarplatten als Endlos-Rolle fertigen lassen. Auf diese Weise lassen sich sehr dünne Platten herstellen. Ist die Plattendicke beim Spritzgießen produktionsbedingt auf mehrere Millimeter begrenzt, kann sie beim Pulver-zu-Rolle-Verfahren zwischen 0,1 und 0,4 Millimeter dünn werden. Es ist also deutlich weniger Material notwendig, was den Preis wiederum senkt sowie leichtere kompaktere Stacks ermöglicht. „All dies verschafft ganz neue Möglichkeiten in der Konstruktion, die wir in der Volterion GmbH & Co. KG bis hin zur ganzen Batterie umgesetzt haben“, sagt Thorsten Seipp. Mittlerweile hat Volterion bereits über tausend Stacks gebaut und verkauft.

Joseph-von-Fraunhofer-Preis für Prof. Christian Doetsch, Lukas Kopietz und Dr. Thorsten Seipp
Das neue Verfahren hat erhebliche Auswirkungen auf den Markt für Redox-Flow-Batterien. „Der entwickelte Stack, das Herzstück einer jeden Redox-Flow-Batterie, ist von den Materialkosten her 40 Prozent günstiger, auch die Produktionskosten konnten deutlich gesenkt werden. Der Stack wiegt 80 Prozent weniger als ein herkömmlicher Stack und ist nur etwa halb so groß“, fasst Prof. Christian Doetsch die Innovationsmerkmale zusammen. Für ihre Entwicklung erhalten Prof. Christian Doetsch und Lukas Kopietz vom Fraunhofer Umsicht sowie Dr. Thorsten Seipp von der Volterion GmbH & Co. KG den Joseph-von-Fraunhofer-Preis. Die Volterion ist ein Fraunhofer Spin-off und vermarktet den Stack.