Computergestützter Ansatz zu umweltfreundlicheren Batterien

Mit neuen computergestützten Methoden zur Bestimmung möglicher organischer Batteriewerkstoffe könnte in Europa eine umweltfreundlichere, nachhaltigere Energieversorgungskette geschaffen werden.

Energie

Der Anteil an erneuerbarer Energie im Netz soll mit konzertierten Bemühungen angehoben werden. Für den Erfolg sind neue Möglichkeiten der Energiespeicherung notwendig, um Zeiten ohne Wind oder mit wenig Sonne auszugleichen. Eine Technologie mit viel Potenzial sind Redox-Flow-Batterien (RFB). Energie wird als Flüssigkeit gespeichert und kann bei steigendem Bedarf freigesetzt werden. So könnten erneuerbare Energiequellen besser an die Netzlast angepasst werden.

Die Bestimmung organischer Werkstoffe optimieren

„Ein zentrales Problem ist, dass die meisten Werkstoffe für RFB – Metalle wie Vanadium – in der EU nicht verfügbar sind“, berichtet der Projektkoordinator von SONAR, Jens Noack von der Fraunhofer-Gesellschaft. „Wir müssen reichhaltig vorhandene organische Werkstoffe finden, um eine nachhaltige Energieversorgung aufzustellen.“ Das Ziel im EU-finanzierten Projekt SONAR war somit, die Bestimmung möglicher organischer Werkstoffe zu optimieren, mit denen RFB gefertigt werden können. Dafür kamen akademische Einrichtungen und Industriepartner, Werkstofferzeuger und Sachverständige aus der Informatik zusammen. Im Projekt wurden computergestützte Methoden eingesetzt, um mögliche Werkstoffkandidaten mit hohem Durchsatz zu prüfen. „Das war die Motivation – die Forschung durch erste Screenings am Computer zu beschleunigen“, erklärt Noack. „Vielversprechende Kandidaten können dann im Labor synthetisiert werden.“

Linearer Screening-Ansatz mit hohem Durchsatz

Um das Potenzial dieses computergestützten Ansatzes nachzuweisen, wurden Online-Demonstratoren entwickelt und kostenfrei zur Verfügung gestellt. Zahlreiche Komponenten und Modelle können zu einem linearen Screening-Ansatz mit hohem Durchsatz kombiniert werden. „Die Demonstratoren dienten dem Zweck, auf verschiedenen Skalen zu arbeiten und unterschiedliche Probleme anzugehen“, ergänzt Noack. „Wir beginnen auf der Quantenskala, gehen zur Elektrodenskala und weiter bis zur Netzskala.“ Bei dem computergestützten Ansatz von SONAR werden auch Elektrodenreaktionen, durch die die meisten Energie- und Effizienzverluste auftreten, sowie Standortreaktionen geschätzt. „All diese Dinge müssen beachtet werden“, sagt Noack. „Wenn wir mögliche Standortreaktionen gleich zu Beginn erkennen können, dann wissen wir, dass ein bestimmter Werkstoff nicht wirtschaftlich tragbar sein wird.“ Mit weiteren neuen Wirtschaftsmodellen wurden die möglichen Kosten auf Netzebene bei Verwendung bestimmter Werkstoffe berechnet. „Letztendlich sind die Kosten der entscheidende Faktor“, so Noack.

Organische, reichhaltig verfügbare Werkstoffe finden

Mit dem Hochdurchsatz-Screening können mögliche organische Werkstoffe in Echtzeit geprüft werden, ohne dass Labortests notwendig sind. Laut Noack ist die computergestützte Modellierung auf Quantenskala besonders für Wissenschaft und Forschung von Interesse, um die Grenzen des Wissens auszuweiten. Die technisch-wirtschaftlichen Analysemodelle werden eher für die Industrie interessant sein, um herauszufinden, welche Werkstoffe vermutlich kommerziell nutzbar sind. Im SONAR-Projekt wurden beide Modelle geschaffen, um einen modularen Prozess mit hohem Durchsatz zu schaffen, der jetzt eingesetzt werden kann, um organische, reichhaltig vorhandene Werkstoffe zu finden. „Der nächste Schritt ist, nach Kandidaten zu suchen“, ergänzt Noack. „Und genau das ist unser nächstes Ziel.“

Schlüsselbegriffe

SONAR, Batterien, Redox-Flow-Batterien, Energie, organisch, Redox, Quanten, Elektrode

Modelling for the search for new active materials for redox flow batteries

Computergestützter Ansatz zu umweltfreundlicheren Batterien

Die Bestimmung organischer Werkstoffe optimieren

Linearer Screening-Ansatz mit hohem Durchsatz

Organische, reichhaltig verfügbare Werkstoffe finden

Schlüsselbegriffe

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich

Diese Seite teilen

Herunterladen