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Technologischer Durchbruch: Riesige Stromspeicher für Wind- und Sonnenenergie

Forschern von Fraunhofer UMSICHT ist es durch ein neues Design gelungen, die Größe und Leistungsfähigkeit der Batteriestacks zu erhöhen. © Fraunhofer UMSICHT

Sonne und Wind liefern immer mehr Strom – allerdings unregelmäßig. Leistungsfähige elektrische Energiespeicher sollen das künftig ausgleichen. Fraunhofer-Forschern ist nun ein wichtiger Durchbruch gelungen: Sie haben eine Redox-Flow-Batterie mit einer Zellgröße von 0,5 Quadratmeter entwickelt. Das ist achtmal größer als die bisherigen Systeme und entspricht einer Leistung von 25 kW. Auf der Hannover Messe stellen sie den neuartigen Stromspeicher erstmals vor (8. bis 12. April).

Sonne und Wind sind wichtige Energielieferanten. Schon heute stammt fast ein Viertel unseres Stroms aus erneuerbaren Quellen. Bis 2050 soll der Bedarf sogar komplett mit Strom aus Sonne, Wind, Biomasse und Co. gedeckt werden, so das Ziel der Bundesregierung. Doch damit die Energiewende gelingt, müssen die wachsenden Mengen an Solar- und Windstrom für nachts oder windschwache Zeiten gespeichert werden – etwa in elektrischen Akkus. Redox-Flow-Batterien bieten eine gute Möglichkeit, um die Schwankungen bei erneuerbaren Energien auszugleichen und eine stetige Versorgung zu sichern. Sie speichern elektrische Energie in chemischen Verbindungen, den flüssigen Elektrolyten. Redox-Flow-Batterien bieten einige Vorteile: Sie sind kostengünstig, robust, langlebig und lassen sich individuell anpassen. Die Ladung und Entladung der Elektrolyten findet dabei in kleinen Reaktionskammern statt. Mehrere dieser Zellen werden nebeneinander zu Stapeln, Stacks, aufgereiht. Doch bislang liefern die auf dem Markt verfügbaren Batterien nur eine Leistung von 2,3 Kilowatt (kW).

Erste Präsentation auf der Hannover Messe

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen konnten nun die Größe der Stacks und damit die Leistungsfähigkeit deutlich erhöhen. Dank eines neuen Designs ist es ihnen gelungen, Stacks mit 0,5 Quadratmeter Zellgröße zu fertigen. Das ist achtmal größer als die bisherigen Systeme und entspricht einer Leistung von 25 kW. Diese Batterie präsentieren die Wissenschaftler auf der Hannover Messe. Der Prototyp verfügt über einen Wirkungsgrad von bis zu 80 Prozent.

Am Institut in Oberhausen steht für die Forschungsarbeiten eines der größten Testlabore für Redox-Flow-Batterien europaweit zur Verfügung. »Uns ist mit dem Redesign des Batterie-Stacks ein sehr wichtiger Schritt gelungen auf dem Weg, Redox-Flow-Batterien zu entwickeln, die zum Beispiel 2000 Haushalte mit Strom versorgen können«, sagt Dr. Christian Dötsch, der den Bereich Energie am Fraunhofer UMSICHT leitet. Dazu wären etwa zwei Megawatt Leistung nötig. Als nächstes konkretes Ziel stehe daher zunächst die Entwicklung eines Stacks in der Größe von zwei Quadratmetern und einer Leistung von 100 kW auf der Agenda.

 

 

Energie: Strom aus der Steckdose für Apparate bald überflüssig?

Wissen Sie wie Strom aus der Steckdose für Apparate überflüssig werden kann? Hier jetzt die Antwort!

Mit dem Handy telefonieren, ganz ohne Akku, nur durch die Wärme der Hand? Das ist noch Zukunftsmusik. Doch dank neuer Schaltungen lässt sich bereits jetzt die Hitze des Körpers nutzen, um Strom zu gewinnen.

Auf der Intensivstation sind am Körper des Patienten viele Apparate angeschlossen. Sie überwachen Herzfrequenz, Blutdruck, Körpertemperatur, Puls oder Atemfrequenz. Für gewöhnlich herrscht ein großes Kabelgewirr, denn sämtliche Geräte müssen mit Strom versorgt werden. In Zukunft kommen medizinische Sensoren möglicherweise ohne den Strom aus der Steckdose aus. Stattdessen zapfen sie Energie allein aus der Wärme des menschlichen Körpers. Per Funksignal senden sie dann die entsprechenden Daten an die zentrale Überwachungsstation.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen haben mit ihren Kollegen von den Fraunhofer-Instituten für Physikalische Messtechnik IPM und für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM eine Methode entwickelt, um die natürliche Körperwärme zur Energiegewinnung zu nutzen. Grundlage sind thermoelektrische Generatoren, kurz TEG, aus Halbleiterelementen. Die TEGs gewinnen elektrische Energie allein aus der Temperaturdifferenz zwischen heißer und kalter Umgebung. Normalerweise sind Unterschiede von mehreren zehn Grad notwendig, um ausreichend Strom zu erzeugen. Die Unterschiede zwischen der Außentemperatur des Körpers und seiner Umgebung betragen aber nur wenige Grad. “Mit solchen Differenzen lassen sich nur geringe Spannungen erzeugen”, erklärt Peter Spies, Teilprojektleiter am IIS. Etwa 200 Millivolt liefert ein gewöhnlicher TEG. Für die Versorgung von elektronischen Geräten sind jedoch mindestens ein bis zwei Volt erforderlich. Für dieses Problem haben die Ingenieure eine Lösung parat: “Wir haben Schaltungen entwickelt, die mit 200 Millivolt auskommen, indem wir verschiedene Bauteile ganz neu kombiniert haben”, sagt Spies. “So konnten wir ganze elektronische Systeme bauen, die keine interne Batterie benötigen, sondern allein durch Köperwärme ihre Energie gewinnen.” Dieses System verbessern die Wissenschaftler weiter: Es existieren bereits Schaltungen, die bei 50 Millivolt “anschwingen”, wie es in der Fachsprache heißt. Peter Spies glaubt, dass durch weitere Verbesserungen der Schaltsysteme in Zukunft ein Temperaturunterschied von nur 0,5 Grad für die Stromerzeugung ausreichend sein wird.

Die Forscher haben eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten im Visier: “Die Stromerzeugung aus Wärme lässt sich überall dort nutzen, wo eine Temperaturdifferenz auftritt”, sagt Spies. “Sei es am Körper, an Heizungen zur Kalkulation der Heizkosten, zur Überwachung der Kühlkette beim Transport gekühlter Güter oder in Klimaanlagen.”
Quelle: Informationsdienst Wissenschaft (idw)