Die Batterie fürs Netz

Das Start-up Eos Energy Story hat einen Zink-Luft-Akkusatz entwickelt, der Energiekonzernen als Zwischenspeicher dienen könnte.

Die junge US-Firma Eos Energy Storage arbeitet an neuartigen Batterien, die im Stromnetz überschüssige Energie speichern sollen. Die sogenannten Zink-Luft-Akkus könnten Strom kostengünstig auch zu Spitzenlastzeiten einspeisen. Eine zusätzliche Produktion etwa in Erdgaskraftwerken wäre dann nicht mehr notwendig.

Die aktuelle Eos-Prototyp-Generation soll bereits die doppelte Energiedichte von Lithium-Ionen-Akkus aufweisen und deutlich langlebiger sein. Das Endprodukt könnte gar bis zu 30 Jahre lang im Stromnetzbetrieb durchhalten – mit einer Zykluszahl, die selbst über der von Blei-Batterien liegt. "Es wäre somit einer der langlebigsten Akkutypen überhaupt", glaubt Firmenchef Michael Oster. Zur Umsetzung der Pläne werde das Start-up demnächst eine Finanzierungsrunde über 10 Millionen US-Dollar von mehreren Investoren abschließen.

"Wenn das, was Eos behauptet, Realität wird, wäre das in der Tat revolutionär", meint Steve Minnihan, Energieanalyst bei Lux Research. Sowohl für Zwischenspeicher im Stromnetz als für Elektrofahrzeuge sei der Akku geeignet.

Die Zink-Luft-Technik ist attraktiv, weil sie sicher und kostengünstig ist und eine hohe Energiedichte verspricht. Im Gegensatz zu konventionellen Batterien, in denen die Reaktanden vollständig innerhalb des Gehäuses verpackt sind, ziehen Zink-Luft-Batterien Sauerstoff aus der Luft, um Strom zu erzeugen. Durch die Verwendung der Umgebungsatmosphäre ergibt sich ein höheres Kapazität-Volumen-Verhältnis. Auch die Materialkosten sind dadurch geringer. Die wasserbasierte Batteriechemie entzündet sich im Gegensatz zu Lithium-Ionen-Batterien zudem schwer.

Bislang hatten Zink-Luft-Akkus allerdings nur einen geringen Wirkungsgrad. Das schränkte ihre Einsatzmöglichkeiten stark ein; verwendet wurden sie beispielsweise in Hörgeräten, wo ein Wiederaufladen über lange Perioden nicht notwendig ist. Die Eos-Manager glauben nun, einige dieser grundlegenden Probleme endgültig gelöst zu haben.

Der Hauptvorteil des Verfahrens der Firma liegt in einer veränderten Elektrolytchemie. Auch die Gestaltung der Zellen wurde überarbeitet. Zink-Luft-Batterien nutzen normalerweise Kaliumhydroxid, eine einfache Lösung, die Kohlendioxid aus der Luft absorbieren kann. Dabei entsteht Kaliumcarbonat, das die Luftporen der Zellen langsam verstopft. Weil die Eos-Akkus ein neuartiges, pH-neutrales Elektrolytmaterial verwenden, wird Kohlendioxid nicht absorbiert. Die Firma nutzt außerdem eine spezielle horizontale Zellenkonfiguration, die auf Schwerkraft statt auf eine echte Membran setzt, um das flüssige Elektrolytmaterial von der Luft zu trennen. Diese Veränderung vermeidet Ablagerungen auf der Zink-Elektrode, die Risse in der Membran verursachen, was wiederum die Zelle selbst zerstören könnte.

Oster zufolge erreicht der Prototypakku 2700 Zyklen ohne sichtbare Leistungseinbußen in einer Batterie im Maßstab von einem Drittel Kilowatt. Im Vergleich dazu schafft der Konkurrent ReVolt Technology, der an einem ähnlichen Verfahren arbeitet, noch keine 1000 – dies will man bis 2013 erreichen. Energieanalyst Minnihan glaubt allerdings, dass Eos noch eine ganze Weile brauchen wird, bis das Endziel – 10.000 Zyklen im Megawatt-Bereich – auch erreicht ist.

Eos will zudem günstige Preise garantieren. Ein solcher Akku würde seine Kapazität bis zu sechs Stunden halten – bei Kapitalkosten von 160 US-Dollar pro Kilowattstunde. Die Idee: Ist der Strombedarf gering, wird gespeichert. Im Spitzenlastbetrieb wird die Energie dann für 12 bis 17 US-Cent pro Kilowattstunde abgegeben. Zum Vergleich: Die Produktion in einem Erdgaskraftwerk würde zwischen 22 und 30 US-Cent kosten.

Jeff Dahn, Professor für Physik und Chemie an der Dalhousie University, ist allerdings skeptisch, dass das klappt. "Wenn die Elektrolyt- und Membranprobleme gelöst sind, wäre das ein großer Schritt nach vorne für Zink-Luft-Akkus. Aber dafür müssten wir zunächst die Daten sehen. Bislang hat man sie uns nicht gezeigt."

Ein weiteres Problem ist die maximale Wirkungsgrad der Technik bezogen auf die Strommenge, die eingespeist werden kann und die sich dann wieder abrufen lässt. Sie liegt bei nur 60 Prozent, verglichen mit den rund 80 Prozent bei Bleiakkus und 95 Prozent bei der Lithium-Ionen-Technik. Grund ist der Spannungsunterschied zwischen Lade- und Endladevorgang, den dieser Batterietyp technisch bedingt.

Eos gibt an, Wege gefunden zu haben, die Spannungsunterschiede zu minimieren und damit den Wirkungsgrad zu steigen. Dahn ist sich da nicht so sicher: "Viele Leute arbeiten schon lange an wiederaufladbaren Zink-Luft-Batterien. Das Wirkungsgradproblem hat aber noch niemand geknackt." (bsc)