Flow-Batterien sind der heilige Gral der Netzspeicherung. Sie ermöglichen es uns, Wind- und Sonnenenergie für einen regnerischen Tag aufzubewahren. Aber bis vor Kurzem waren sie zu teuer, um von Bedeutung zu sein.
Sie setzten auf Vanadium. Es ist selten. Es ist volatil. Es ist teuer.
Jetzt haben Wissenschaftler der Queen’s University Belfast die Gleichung geändert. Sie bauten eine Durchflussbatterie aus Eisen.
Eisen ist überall. Es ist billig. Es verändert das Spiel.
Die 74-Pfund-Lösung, die das Stromnetz retten könnte
Dr. Hugh O’Connor steckte fest. Er machte seinen Doktortitel. Er brauchte eine Flow-Batteriezelle.
Die kommerzielle Option kostet 2.000 bis 3.000 £. Das ist verrückt für ein Studentenprojekt.
Also begann er mit dem 3D-Druck.
Er hat gebastelt. Er hat versagt. Er hat gezwickt.
Schließlich funktionierte sein selbstgebautes Handy. Es hat seinen Zweck erfüllt. Es kostete so gut wie nichts.
Doch als er versuchte, seine Ergebnisse zu teilen, stieß er an eine Wand. Die Daten stimmten nicht mit denen anderer Labore überein. Warum?
Weil jeder unterschiedliche Geräte benutzte. Verschiedene Teile. Verschiedene Montagemethoden.
Äpfel mit Birnen zu vergleichen ist einfach. Äpfel mit Äpfeln zu vergleichen ist schwierig.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft steckt in einer Reproduzierbarkeitskrise. Es verlangsamt Innovationen.
„Wenn wir alle 2500 erreichen und Netto-Null erreichen wollen, muss viel mehr unseres Stroms in Technologien wie Flow-Batterien gespeichert werden.“
O’Connor hatte eine billige, funktionierende Zelle. Er hätte es verkaufen können. Er hätte schnell Geld verdienen können.
Sein Vorgesetzter sagte nein.
Stattdessen haben sie das Design kostenlos veröffentlicht.
Es ist mittlerweile ein Standard. Das QUB-Flow-Batterie-Kit kostet etwa 74 £.
Es umfasst etwa zehn Komponenten. Die 3D-gedruckten Stücke. Die Membran. Die Dichtungen. Die Elektroden. Die aktuellen Sammler.
Sie enthielten sogar eine Bedienungsanleitung im „Ikea-Stil“.
Die Welt folgte den Anweisungen.
Warum Eisen bei der Energiespeicherung Vanadium schlägt
Flow-Batterien speichern Energie in Flüssigkeiten. Lithium-Ionen-Batterien verwenden feste Elektroden.
Das ist nicht nur ein kleiner Unterschied. Es ist ein grundlegender Wandel in der Art und Weise, wie wir mit Leistungsdichte und Sicherheit umgehen.
Die meisten Flow-Batterien verwenden Vanadium-Elektrolyte. Vanadium kommt in der Erdkruste häufiger vor als Lithium.
Aber man kann es nicht einfach ausgraben. Die Produktion wird konzentriert. Einige Länder kontrollieren die Versorgung. Dadurch entstehen geopolitische Risiken. Es treibt die Preise in die Höhe. Es schränkt die Skalierbarkeit ein.
Eisen ist anders.
Eisen ist reichlich vorhanden. Es ist nachhaltig. Es ist sicher.
Durch die Verwendung eines Elektrolyten auf Eisenbasis wird der Engpass beseitigt. Es öffnet die Schleusen für eine breite Akzeptanz.
China hat Vanadium-Flow-Batterien in großem Maßstab gebaut. Schottland führte Prozesse durch. Aber der globale Fortschritt ist langsam. Die Daten sind inkonsistent.
Mit dem QUB-Design verwenden Labore weltweit genau die gleiche Hardware.
Dies ermöglicht eine belastbare, vergleichbare Forschung. Dr. Josh Bailey, ein Illuminate Fellow am QUB, sieht es klar.
Standardisierung der Wissenschaft zur Beschleunigung des Netto-Nullpunkts
Reproduzierbarkeit ist der Motor der Wissenschaft. Ohne sie stagniert der Fortschritt.
Durch die Verbreitung dieses Standards hilft QUB Wissenschaftlern auf der ganzen Welt, miteinander zu kommunizieren. Sie verwenden identische Geräte.
Die Ergebnisse sind zuverlässig. Die Erkenntnisse sind skalierbar.
„Wir sind wirklich davon überzeugt, dass Flow-Batterien durch diese Reproduzierbarkeitsstudien schneller vorankommen können“, sagt Bailey.
„Wenn wir alle die gleichen Standards verwenden … kann die Technologie schneller bereitgestellt werden.“
Es geht nicht mehr nur um Theorie.
Erneuerbare Energien sind auf dem Vormarsch. Im vergangenen Jahr erzeugten erneuerbare Energien weltweit mehr Strom als Kohle. Das Vereinigte Königreich hat einen Rekordwert bei der Erzeugung erneuerbarer Energien erreicht.
Aber wir müssen es noch speichern.
Der Wind weht nicht immer. Die Sonne scheint nicht immer.
Ohne bezahlbaren Speicher verschwenden wir Energie. Wir schalten Turbinen ab, wenn die Nachfrage gering ist. Wir belasten das Netz.
Flow-Batterien lösen dieses Problem. Sie können auf dem Boden sitzen. Sie können Jahrzehnte halten. Sie zersetzen sich nicht wie Lithium-Ionen.
Aber nur, wenn sie günstig sind. Und nur, wenn sie Standard sind.
Skalierung von der Einzelzelle zur Industrie
Der Durchbruch liegt nicht nur in der Chemie. Es liegt im System.
O’Connor und Bailey gehen über die Einzelzelle hinaus. Sie testen größere Stapel.
Es ist eine Sache, Chemie in einem Abzug durchzuführen. Es ist eine andere Sache, es auf industrielles Niveau zu skalieren.
„Man muss sehen, wie es ist, wenn man sie einmal stapelt“, bemerkt Bailey.
„Die einzelne Zelle, der Stapel, das System … das bringt uns auf den Weg der Innovation.“
Wir blicken in eine Zukunft, in der Energiespeicherung so selbstverständlich ist wie Sanitärinstallationen. Wo wir überschüssigen Strom speichern und bei Bedarf abrufen.
Wo Eisenbatterien, in Laboren gedruckt und in Küchen zusammengebaut, zum Rückgrat eines Netto-Null-Netzes werden.
Es begann mit einem 2.000-Pfund-Problem.
Es endete mit einer 74-Pfund-Lösung.
Und jetzt wird überall gebaut.
Der Rest ist reine Ingenieurskunst. Und Geduld.
