EU-Projekt SONAR: Die Stoffe für den Stromspeicher der Zukunft finden
Soll das Stromnetz mehrheitlich mit erneuerbarer Energie aus Wind und Sonne gespeist werden, bedarf es dazu grosser Speicher. ZHAW-Forschende helfen auf europäischer Bühne mit, elektroaktive Substanzen für riesige Batterien zu finden. Sie setzen dabei auf computergestützte Chemie.
Solaranlagen und Windturbinen produzieren abhängig von Tageszeit und Wetterlage nicht immer gleichmässig Strom. Sollen erneuerbare Energien künftig im grossen Stil zum Einsatz kommen, führt kein Weg an Speichersystemen vorbei. Sie gleichen die Schwankungen in der Stromerzeugung aus. In diesem Zusammenhang gelten Redox-Flow-Batterien (RFBs) als eine der vielversprechendsten Lösungen. RFBs speichern und geben Energie ab, wenn Elektronen zwischen zwei chemischen Reaktanten über einen elektrischen Leiter ausgetauscht werden.
Viele Substanzen kommen in Frage
In der Natur gibt es eine grosse Bandbreite elektroaktiver Substanzen, die potenziell für den Einsatz in RFBs in Frage kommen. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts SONAR tragen nun auch ZHAW-Forschende dazu bei, die vielversprechendsten Substanzen zu identifizieren. Gemeinsam mit fünf Partnerinstitutionen setzen die Forschenden am ZHAW-Institut für Computational Physics auf ein chemisches Screening mit Hilfe von physikalisch-datenbasierten Modellen.
«Eine Substanz kann zwar hervorragende individuelle Eigenschaften haben, aber dennoch für den Einsatz in RFBs ungeeignet sein.»
Jürgen Schumacher
Substanz muss im System funktionieren
Die grösste Herausforderung besteht darin, die Tauglichkeit auf allen Ebenen sicherzustellen: «Eine Substanz kann zwar hervorragende individuelle Eigenschaften haben, aber dennoch für den Einsatz in RFBs ungeeignet sein», erklärt ZHAW-Forscher Jürgen Schumacher. «Komplexe Wechselwirkungen zwischen den Materialien und deren Funktionsweisen oder auch wirtschaftliche Überlegungen können dazu führen, dass eine Substanz innerhalb des Systems versagt.»
SONAR integriert Modelle auf mehreren Längenskalen, von der atomistischen Skala bis hin zum Batteriestapel und -system. Bei der Computersimulation von Materialien und Redox-Flow-Zellen entsteht eine grosse Menge an Datenmaterial. Um dieses zu verarbeiten, kommen statistische Methoden, Datenanalyse und maschinelles Lernen zum Einsatz. Die daraus berechneten Ergebnisse werden mit experimentellen Daten verglichen.
Entwicklung von Redox-Flow-Batterien beschleunigen
Erklärtes Ziel von SONAR ist es, mit einem einzigartigen Screening-Service zum ersten Mal aussagekräftige Vergleiche zwischen konkurrierenden organischen RFB-Systemen in Bezug auf Kosten, Lebensdauer und Leistung zu ermöglichen. Dazu haben die Forschenden vier Jahre Zeit. Die Ergebnisse sollen die Entwicklung von Redox-Flow-Batterien beschleunigen, um künftig den wachsenden Bedarf des Ökostromsektors zu decken.
Auf einen Blick
Beteiligte Institute und Zentren:
Internationale Projektpartner:
- Fraunhofer ICT und SCAI (Deutschland) – Projektkoordination
- Department of Energy Conversion and Storage der DTU (Dänemark)
- LCRS der Université de Picardie Jules Verne (Frankreich)
- Karlsruher Institut für Technology (Deutschland)
- Universität von New South Wales (Australien)
Finanzierung: Europäische Union
Projektdauer: 2020-2023