Nanopartikel für Mega Power – Im Projekt «MEGAnanoPower» soll ein innovativer Energiespeicher optimiert werden

Wissenschaftler von der Hochschule für Life Sciences (FHNW), dem CSEM in Muttenz sowie des Industriepartners Aigys AG (Othmarsingen, AG) streben im Nano-Argovia-Projekt «MEGAnanoPower» an, die von der Firma Aigys erfundene PowerCell® noch weiter zu entwickeln. Unter Verwendung von umweltfreundlichen Materialien hoffen die Forscher einen umweltverträglichen und günstigen Energiespeicher für Grossanwendungen zu optimieren.

Neue Speichermedien benötigt
Erneuerbare Energien wie Wind- und Sonnenenergie nehmen eine immer wichtigere Rolle in der Energieversorgung ein. Mit dem zunehmenden Ausbau dieser Energiequellen werden neue Speichermedien benötigt, die zum einen Spitzen bei der Energieproduktion abfangen, zum anderen schnell Energie zur Verfügung stellen können, wenn über längere Zeiträume der Wind nicht weht oder die Sonne nicht scheint.

Bislang wurden als Speichermedium vor allem Lithium-Ionen-Akkus untersucht. Im Projekt «MEGAnanoPower» steht jedoch eine Flusszellbatterie im Vordergrund, da Lithium-Ionen-Akkus einige entscheidende Nachteile aufweisen. Die Firma Aigys AG ist seit ihrer Gründung 2011 aktiv an der Suche nach Alternativen beteiligt und hat sich eine besondere Flusszellbatterie, PowerCell® genannt, patentieren lassen. Die Projektpartner Prof. Dr. Uwe Pieles von der Hochschule für Life Sciences (FHNW), Dr. Sören Fricke vom CSEM in Muttenz und Dipl.-Ing. Andreas Schimanski, CEO von Aigys, untersuchen verschiedenen Ansätze, um diese noch weiter zu optimieren.

Elektrochemische Reaktion liefert Energie
Wie in einer konventionellen Flusszellbatterie wird bei der PowerCell® elektrische Energie in Form von chemischen Verbindungen gespeichert, die sich in zwei getrennten Kreisläufen befinden. In dem einen Kreislauf befinden sich Ionen, die eine hohe Elektronegativität besitzen und daher leicht Elektronen aufnehmen (z.B. Zn2+). In einem zweiten, davon getrennten Kreislauf befinden sich Ionen mit einer geringeren Elektronegativität, die leicht Elektronen abgeben (z.B. Cer3+). Über eine Membran erfolgt dann ein Ionenaustausch zwischen den beiden Kreisläufen. Es kommt zur Elektronenabgabe auf der einen Seite und zur Elektronenaufnahme auf der anderen Seite der Membran. Bei diesen Oxidationen bzw. Reduktionen wird elektrische Energie frei. Bei der PowerCell® sind die Ladungsträger nicht gelöst wie bei einer konventionellen Flusszellbatterie, sondern werden mittels Hochdrucktechnologie in kleinen Kugeln von einigen Mikrometer Durchmesser in den Elektrolyten fein dispergiert.

«MEGAnanoPower» soll Speicherkapazität erhöhen
Die kleinen Partikel in der Dispersion müssen über einen längeren Zeitraum stabilisiert werden und auch eine grössere Ladungsdichte muss erreicht werden. «Wir wollen die Partikelgrösse der festen Elektrolyte reduzieren, um eine grössere Energiedichte zu erreichen», berichtet Andreas Schimanski von Aigys über die Projektziele. «Um das Potenzial unserer PowerCell® voll ausschöpfen zu können, setzen wir auf das Know-how des interdisziplinären Teams im Nano-Argovia-Projekt MEGAnanoPower.»

Insgesamt soll der Gehalt an festen Elektrolyten erhöht werden, um damit die Speicherkapazität zu vergrössern. Die Forscher untersuchen ebenfalls wie sich die Elektroden verbessern lassen und wie die Membran auf Nanopartikel zugeschnitten sein muss, um die Effizienz der elektrochemischen Reaktion zu erhöhen. Bei allen Modifikationen achtet das interdisziplinäre Team darauf, dass häufig anzutreffende, umweltfreundliche Materialien und Verbindungen verwendet werden, die wirklich nachhaltig das Problem der Energiespeicherung lösen und keine Probleme im industriellen Betrieb verursachen.