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Aug 20, 2023

Vom Konzept zur Realität: Die Entwicklung von Molten

Vom Konzept zur Realität: Die Entwicklung der Salzschmelze-Batterietechnologie Die Welt vollzieht einen raschen Übergang zu erneuerbaren Energiequellen wie Solar- und Windenergie, um dem ständig wachsenden Bedarf gerecht zu werden

Vom Konzept zur Realität: Die Entwicklung der Salzschmelze-Batterietechnologie

Die Welt stellt rasch auf erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie um, um den ständig wachsenden Strombedarf zu decken und den Klimawandel zu bekämpfen. Die intermittierende Natur dieser Energiequellen erfordert jedoch die Entwicklung effizienter und kostengünstiger Energiespeicherlösungen. Eine vielversprechende Technologie, die in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen hat, ist die Salzschmelze-Batterie, die zahlreiche Vorteile gegenüber herkömmlichen Batterietechnologien wie Lithium-Ionen- und Blei-Säure-Batterien bietet.

Flüssigsalzbatterien, auch Flüssigmetallbatterien genannt, sind Hochtemperaturbatterien, die geschmolzene Salze als Elektrolyt verwenden. Das Konzept geschmolzener Salzbatterien geht auf die 1960er Jahre zurück, als Forscher am Oak Ridge National Laboratory in den Vereinigten Staaten damit begannen, das Potenzial der Verwendung geschmolzener Salze in Batterien zur Energiespeicherung zu untersuchen. Allerdings erwachte das Interesse an dieser Technologie erst Anfang der 2000er Jahre wieder, vor allem aufgrund des steigenden Bedarfs an groß angelegten Energiespeicherlösungen für die Integration erneuerbarer Energien.

Das Grundprinzip von Salzschmelze-Batterien ist die Verwendung von zwei nicht mischbaren Flüssigmetallelektroden, die durch einen Salzschmelze-Elektrolyten getrennt sind. Die Elektroden bestehen typischerweise aus Metallen mit unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen, wie etwa Magnesium und Antimon, während der Elektrolyt meist eine Mischung aus Alkalimetallsalzen, wie etwa Lithiumchlorid und Kaliumchlorid, ist. Wenn die Batterie geladen wird, führt die elektrochemische Reaktion zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten dazu, dass sich das weniger reaktive Metall im Elektrolyten auflöst und das reaktivere Metall auf die negative Elektrode plattiert. Bei der Entladung findet die Rückreaktion statt, bei der elektrische Energie freigesetzt wird.

Einer der Hauptvorteile von Salzschmelzebatterien ist ihre Fähigkeit, bei hohen Temperaturen, typischerweise zwischen 400 und 700 Grad Celsius, zu arbeiten. Dieser Hochtemperaturbetrieb ermöglicht eine schnellere und effizientere elektrochemische Reaktion, was im Vergleich zu herkömmlichen Batterien zu höheren Energiedichten und Leistungsfähigkeiten führt. Darüber hinaus entfällt durch die Verwendung flüssiger Elektroden und Elektrolyte der Bedarf an Feststoffseparatoren und Stromkollektoren, die mit der Zeit abbauen und die Lebensdauer herkömmlicher Batterien begrenzen können.

Darüber hinaus sind geschmolzene Salzbatterien von Natur aus sicherer als andere Batterietechnologien, da die hohe Betriebstemperatur die Bildung von Dendriten verhindert, die bei Lithium-Ionen-Batterien zu Kurzschlüssen und thermischem Durchgehen führen können. Darüber hinaus sind die in Salzschmelzebatterien verwendeten Materialien reichlich vorhanden und relativ kostengünstig, was sie zu einer attraktiven Option für groß angelegte Energiespeicheranwendungen macht.

Trotz dieser Vorteile müssen noch einige Herausforderungen bewältigt werden, bevor Flüssigsalzbatterien zu einer gängigen Energiespeicherlösung werden können. Eine der größten Hürden ist die Entwicklung geeigneter Materialien und Designs, die den hohen Temperaturen und der korrosiven Natur der Salzschmelzen standhalten. Forscher erforschen derzeit verschiedene Ansätze zur Lösung dieses Problems, beispielsweise den Einsatz von Hochleistungskeramik und hochschmelzenden Metallen für den Bau von Batteriekomponenten.

Eine weitere Herausforderung ist die relativ geringe Energieeffizienz von Salzschmelze-Batterien, die typischerweise bei etwa 70 bis 80 Prozent liegt. Dies liegt vor allem an den hohen thermischen Verlusten, die mit dem Hochtemperaturbetrieb der Batterie einhergehen. Um die Energieeffizienz zu verbessern, untersuchen Forscher Methoden, um die Betriebstemperatur der Batterie zu senken, ohne ihre Leistung zu beeinträchtigen, beispielsweise durch den Einsatz eutektischer Salzmischungen mit niedrigeren Schmelzpunkten.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Batterietechnologie mit geschmolzenem Salz seit ihrer Einführung in den 1960er Jahren einen langen Weg zurückgelegt hat, und die jüngsten Fortschritte in der Materialwissenschaft und -technik haben sie näher an eine praktikable Energiespeicherlösung im großen Maßstab gebracht. Da sich die Forschung weiterhin mit den verbleibenden Herausforderungen befasst, ist es wahrscheinlich, dass Salzschmelzebatterien eine entscheidende Rolle beim globalen Übergang zu erneuerbaren Energiequellen und einer nachhaltigeren Zukunft spielen werden.