»SONAR« entwickelt neue Methode zur Suche nach elektroaktiven Substanzen für organische Redox-Flow-Batterien

Pressemeldung / 13. Februar 2020

Um erneuerbare Energiequellen wie Solarzellen (Photovoltaik) und Windturbinen effektiv zu nutzen, braucht man große Energiespeichersysteme, die Schwankungen in der Energieerzeugung ausgleichen. Redox-Flow-Batterien (RFBs) gelten dabei als eine der vielversprechendsten Lösungen. RFBs sind chemische Energiespeicher, die die gesammelte Energie mit einem hohen Wirkungsgrad auch wieder abgeben, indem Elektronen zwischen den chemischen Reaktanten über einen elektrischen Leiter ausgetauscht werden. Die große Bandbreite an elektroaktiven Substanzen – von denen viele in der Natur vorkommen – bedeutet, dass noch eine Vielzahl an potenziellen Systemen zu erforschen ist.

Das von der EU geförderte Projekt SONAR (www.sonar-redox.eu), das vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal koordiniert wird, will mit Hilfe von physikalischen- sowie datenbasierten Modellen gezielt vielversprechende Substanzen identifizieren.

Die grösste Herausforderung besteht darin, die Tauglichkeit auf allen Ebenen sicherzustellen. Eine Substanz kann zwar hervorragende individuelle Eigenschaften haben, aber das Zusammenwirken zwischen den Materialien, dem Batteriedesign und der Funktionsweise ist sehr komplex. Auch wirtschaftliche Überlegungen können dazu führen, dass elektroaktive Substanzen für industrielle Anwendungen ungeeignet sind. SONAR wird Modelle auf mehreren Skalen integrieren, von der atomistischen Skala bis hin zum Batteriestapel und -system. Um die große Datenmenge, die sich aus der Computersimulation von Materialien und Redox-Flow-Zellen ergibt, zu verarbeiten, wird das Projekt statistische Methoden, Datenanalyse und maschinelle Lern-Verfahren anwenden und die berechneten Ergebnisse in jeder Phase mit experimentellen Messungen vergleichen.

Das Endergebnis wird ein einzigartiger, mehrstufiger Screening-Service für organische Redox-Flow-Batterien sein, der aussagekräftige Vergleiche zwischen konkurrierenden organischen RFB-Systemen in Bezug auf Kosten, Lebensdauer und Leistung (so genannte „levelized cost of storage“) ermöglicht.

Die Projektpartner sind ausgewiesene Experten für die Modellierung von elektrochemischen Zellen auf allen Skalen. Dazu gehören das Fraunhofer ICT  mit dem Standort der größten Redox-Flow-Batterie Europas, das Fraunhofer SCAI, die Abteilung für Energiewandlung und -speicherung der DTU in Dänemark, die LCRS der Universität de Picardie Jules Verne und des CNRS in Frankreich, die Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, das Karlsruher Institut für Technologie und die australische Universität von New South Wales als Erfinder der heute am häufigsten verwendeten Vanadium-RFB. Die Partner werden eng mit fünf verbundenen Industrieunternehmen zusammenarbeiten, um die Entwicklung von Redox-Flow-Batterien zu beschleunigen und den wachsenden Bedarf des Ökostromsektors zu decken. Das von der EU im Rahmen des Horizon 2020 Programmes unter Grant Agreement Nr. 875489 geförderte Projekt startete am 1. Januar 2020 und läuft vier Jahre.

© Fraunhofer ICT
SONAR-Konsortium im Februar 2020