von FRANK FRICK
Der Forschungsbericht von Lawrence Thaller beginnt recht unspektakulär: Für Systeme zu einer dezentralen Stromversorgung, die entweder von Photovoltaikanlagen oder von Windturbinengeneratoren gespeist werden, seien Energiespeicher notwendig, heißt es da. Das NASA Lewis Research Center habe deshalb „das NASA-Redox-Konzept von der ersten Idee bis zum Bau kleiner, aber konkurrenzfähiger Redox-Energiespeichersysteme entwickelt. Solche Systeme versprechen, sehr kostengünstig zu sein, und können mit relativ einfacher Technologie gebaut werden.“ Das eigentlich Erstaunliche an diesen Sätzen: Sie stammen aus dem Jahr 1979.
Autor Thaller war Chemieingenieur bei der US-Raumfahrtbehörde NASA. Seine Idee für einen speziellen Energiespeicher, die Redox-Flow-Batterie, hatte er vier Jahre vor seinem Bericht patentieren lassen. Eine solche Batterie besteht aus einer Steuereinheit, zwei Tanks, zwei Pumpen und zwei Reaktionskammern, die durch eine Membran voneinander getrennt sind. In den Tanks befinden sich in einer Flüssigkeit gelöste Stoffe, die Elektronen aufnehmen oder abgeben können. Soll Energie gespeichert werden, pumpt man die Lösungen in zwei getrennten Kreisläufen durch die Kammern. An den Elektroden laufen dann unter Stromverbrauch zwei Arten von Reaktionen ab, die Chemiker als Reduktion beziehungsweise Oxidation bezeichnen. Benötigt man später die gespeicherte Energie, werden die Lösungen wieder in die Kammern gepumpt, wo sich die Stoffe unter Abgabe von elektrischem Strom in die ursprünglichen Substanzen zurückverwandeln. Die beiden Reaktionskammern bilden eine bauliche Einheit, die häufig auch als Stack bezeichnet wird.
Die Besonderheit dieses Batterietyps: Seine Speicherkapazität lässt sich vergrößern, ohne seine Leistung zu steigern, denn man kann das Volumen der Tanks unabhängig von dem des Stacks und von den Elektrodenflächen wählen. Diese Eigenart lässt den Redox-Flow-Akku heute als besonders geeignet erscheinen, um als Heimspeicher oder anderer stationärer Speicher längere Phasen mit geringem Stromangebot zu überbrücken.
Raus aus der Sackgasse
1985 begann Maria Skyllas-Kazacos, eine australische Chemieingenieurin griechischer Abstammung, sich mit dem NASA-System zu beschäftigen. Sie erkannte, wie sie sich später erinnerte, dass das Konzept „in eine Sackgasse führte“, obwohl das „Konzept der Redox-Flow-Batterie ideal war.“ Denn es gab vor allem ein Problem: Die NASA-Redox-Flow-Batterie verwendete in den Tanks jeweils eine andere Lösung – die eine Lösung enthielt Eisen-Ionen, die andere Chrom-Ionen. Getrennt waren die beiden Kreisläufe nur durch eine Membran in der Reaktionskammer. Doch, so erläutert Skyllas-Kazacos in einem Interview aus dem Jahr 2000: „Keine Membran ist zu 100 Prozent effizient. Irgendwann dringen die Lösungen durch die Membran und vermischen sich – und am Ende hat man zwei vollständig vermischte Lösungen, die man herausnehmen, neu aufbereiten oder einfach ersetzen muss.“
