Damit erneuerbare Energie – wie etwa Sonnen- und Windenergie, Wasserkraft oder Biomasse – praktikabel gespeichert werden kann, braucht es weitere innovative Lösungen. Gerade Sonnenenergie wird mitunter nicht genutzt, wenn sie erzeugt werden kann. Um eine gleichmäßige Versorgung mit erneuerbarer Energie zu gewährleisten, forscht man an der TU Wien – gemeinsam mit dem Energieunternehmen Verbund – an neuen und nachhaltigen Lösungen für Energiespeicher. Dies geschieht im Rahmen eines Christian-Doppler-Labors, hier wird in Kooperation mit Unternehmen anwendungsorientierte Grundlagenforschung betrieben.
Nachhaltig und ungiftig
Eine neue Lösung für die Energiespeicherung könnten Sauerstoff-Ionen-Batterien darstellen: „Sauerstoff-Ionen-Batterien sind neuartige Energiespeicher, die an der TU Wien erfunden wurden und zur Speicherung und Freisetzung von Energie Sauerstoffionen (O²⁻) zwischen zwei Elektroden hin und her schieben“, erklärt Alexander Opitz, Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemische Energieumwandlung der TU Wien. Sauerstoff-Ionen-Batterien funktionieren, indem Leerstellen im speichernden Elektrodenmaterial mit Sauerstoffionen gefüllt werden. Ionen sind elektrisch geladene Atome oder Moleküle. Der Sauerstoff wird in Form von Oxid-Ionen zwischen den beiden Speicher-Elektroden der Zelle hin und her geschoben. Damit diese Technologie funktioniert, muss sie von der Raumluft abgeschlossen und bei Temperaturen von 300 bis 500 Grad betrieben werden.
Diese Batterien funktionieren sonst wie die bekannten Lithium-Ionen-Batterien, nur sind Sauerstoff-Ionen-Batterien voll keramisch. Keramische Materialien sind anorganische, nichtmetallische Werkstoffe, die durch hohe Temperaturen geformt und verfestigt werden können. Für den Betrieb von Sauerstoff-Ionen-Batterien werden keine kritischen Elemente wie Lithium oder Kobalt benötigt, somit sind sie nachhaltiger. Sauerstoff-Ionen-Batterien sind zudem nicht brennbar, ungiftig und besonders sicher im Betrieb. Zudem nennt Alexander Opitz noch folgenden Vorteil: „Durch die Möglichkeit reichlich vorkommende Rohstoffe für die Fabrikation der Zellen zu verwenden sowie durch den Einsatz bewährter Methoden in der Fertigung keramischer Systeme, sind geringe Produktionskosten zu erwarten.“
Wind- und Sonnenenergie
Die Batterien sind ideal für stationäre Anwendungen wie die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Sonnenenergie geeignet. „Sauerstoff-Ionen-Batterien könnten somit helfen, Energieüberschüsse zu speichern und bei Bedarf wieder abzugeben, wodurch sie zur Netzstabilität beitragen. Dies ist besonders wichtig, um die Schwankungen in der Energieerzeugung auszugleichen. Speziell um Sonnenstrom in die Nacht zu verschieben, könnte eine Anwendung für diese Batterien sein, wovon auch der weitere Ausbau von erneuerbarer Stromproduktion profitieren würde“, wirft Alexander Opitz einen Blick in die Zukunft.
Eigenes Unternehmen
Aktuell kann der Experte noch nicht einschätzen, ob die Sauerstoff-Ionen-Batterien auch für den privaten Gebrauch relevant sein werden, wobei es seiner Meinung nach schon interessant wäre, diese in Heimspeichern einzusetzen. Über seine Forschung im Rahmen des kürzlich eröffneten Christian-Doppler-Labors sagt er: „Unsere Aufgabe ist es, die Daten zu liefern, so dass Ökonom*innen Abschätzungen über den wirtschaftlichen Einsatz für Sauerstoff-Ionen-Batterien liefern können.“ Alexander Opitz möchte – parallel zu seiner bereits bestehenden Grundlagenforschung – gemeinsam mit dem Team des Christian-Doppler-Labors – in den nächsten zwei Jahren ein Unternehmen gründen, um die industrielle Fertigung von Sauerstoff-Ionen-Batterien voranzutreiben.
