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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.

Theoretisch eignen sich viele elektroaktive Substanzen für den Einsatz in Redox-Flow-Batterien wie hier im Fraunhofer Institut. Quelle: Fraunhofer ICT

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.»

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