Die Speicherung erneuerbarer Energien ist einer der wichtigsten Faktoren für die Energiewende und verlässliche Großspeicher die Voraussetzung dafür, dass das Stromnetz auch mit einem höheren Anteil erneuerbarer Energien stabil bleibt. Doch konventionelle Lithium-Ionen-Batterien sind teuer – und der Abbau von Lithium wenig umweltfreundlich.

Auf Flüssigmetallbatterien ruhen in der Branche deshalb große Hoffnungen. Sie sind langlebiger und billiger als herkömmliche Batterien. Aber die Forschung und Herstellung steckt noch in den Kinderschuhen. Eine marktreife Nutzung im Stromnetz scheint noch in weiter Ferne. Doch nun ist dem Unternehmen Ambri ein wichtiger Durchbruch gelungen. Dies gab der US-Konzern jetzt in einer Pressemitteilung bekannt.

Ambri hat sich mit dem Stromanbieter Xcel Energy zusammengetan, um einen Testballon hinsichtlich der Praktikabilität von Flüssigmetallbatterien zu starten. Am Solar Technology Acceleration Center im US-Bundesstaat Colorado will man die langfristige Energiespeicherung mit Flüssigmetallbatterien testen.

Das Projekt soll ein Jahr lang dauern. Das Flüssigmetallbatteriensystem soll Anfang 2024 installiert werden. Später im Jahr soll es voll einsatzfähig sein und Solar- und Windenergie speichern. Das Gemeinschaftsprojekt ist der erste Versuch, die neuartigen Batterien in der Praxis zu testen.

Im Gegensatz zu einer Lithium-Ionen-Batterie, die mit festen Metallen als Anoden und Kathoden operieren, sind bei Flüssigmetallbatterien alle Komponenten im flüssigen Zustand. Durch ihre unterschiedliche Dichte können sie sich nicht vermischen. Ein geschmolzenes Metall bildet dabei die Kathode, eine leichtere Legierung die Anode. Dazwischen befindet sich, wie auch bei einer festen Batterie, ein Elektrolyt.

Es gibt unterschiedliche Formen von Flüssigmetallbatterien, die mit verschiedenen Elementen arbeiten. Das Modell von Ambri nutzt eine Kathode aus Antimon und eine Anode aus einer Kalziumlegierung. Kalziumionen wandern bei der Entladung durch die Elektrolyte und bilden an der Kathode eine Kalzium-Antimon-Legierung. Beim Aufladen kehrt sich der Vorgang um.

Anders als die komplexer aufgebauten Batterien aus Feststoffen kommen die Flüssigmetall-Varianten mit nur drei Komponenten aus. Das macht sie billiger in der Herstellung. Die Flüssigkeiten ordnen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Dichte quasi von selbst in der Batterie an.

Der größte Vorteil gegenüber konventionellen Batterien soll aber die deutlich höhere Lebensdauer sein. Zwischen zwei Flüssigkeiten herrscht eine hohe Kinetik, was einen besseren Ionenfluss ergibt. Zudem gibt es weniger Verschleiß als bei festen Teilen. Ambri spricht von einer Haltbarkeit von über 20 Jahren.

Der Nachteil: Flüssige Metalle brauchen selbstverständlich eine konstant hohe Temperatur. Aber auch hier gibt es Innovation. Eine 2020 vorgestellte Flüssigmetallbatterie aus Gallium sowie einer Legierung aus Kalium und Natrium soll bei Zimmertemperatur funktionieren.