Akkutechnologien Preiswerter Hochtemperatur-Akku basiert auf geschmolzenen Metallen

Das US-Start-up-Unternehmen LMBC (Liquid Metal Battery Corporation) hat einen besonders kostengünstigen Hochtemperatur-Akku für eine Betriebstemperatur von 700 °C entwickelt, der sich vor allem für den Einsatz als stationärer Energiespeicher in Wind- und Sonnenkraftwerken eignet.

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Die Anode des Flüssigmetall-Akkus besteht aus Magnesium, der Elektrolyt aus dem geschmolzenen Salzelektroyten MgCl₂–KCl–NaCl und die Kathode aus Antimon (Sb). Der neuartige Energiespeicher eignet sich vor allem für den Einsatz als stationärer Energiespeicher in Wind- und Sonnenkraftwerken, da er besonders kostengünstig ist: Die eingesetzten Metalle kosten zwischen 5 und 10 US-$/kg und die gespeicherte Energie lässt sich in wenigen Millisekunden abrufen.

Umkehr der Aluminiumherstellung

Ursprünglich hatten die MIT-Forscher die Idee, die Aluminiumherstellung umzukehren, bei der aus Aluminiumoxid elektrisch Aluminium abgeschieden wird, wobei sehr viel Energie benötigt wird. Kehr man diesen Prozess nun um, so müsste sich elektrische Energie gewinnen lassen. Dass dies auch in Wie das in der Praxis funktioniert, zeigte schließlich ein Student in Sadoways Gruppe, David Bradwell.

Kostengünstiges Magnesium statt Aluminium

Statt Aluminium wird allerdings Magnesium verwendet, das mit 5 bis 6 US-$/kg kostengünstig und zudem auf unserem Globus häufig vorkommt. Der Aufbau des Akkus ist relativ einfach: In einen geeigneten Behälter wird ein Gemisch aus den gemahlenen Metallen Magnesium und Antimon zusammen mit dem Salzmischung MgCl₂–KCl–NaCl eingefüllt und auf 700 °C erhitzt. Aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Materialien bilden sich dabei drei Schichten: Die oberste Schicht ist die negative Elektrode und besteht aus reinem Magnesium. Darunter entsteht eine Salzschicht aus Magnesium, Kalium, Natrium und Chlor – der Elektrolyt. Die unterste Schicht schließlich besteht aus einer Magnesium-Antimon-Legierung, welche die die positive Elektrode des Akkus bildet. Das für diese Legierung nötige Antimon ist mit einem Preis von durchschnittlich 7 US-$/kg ebenfalls sehr kostengünstig.

Was beim Laden und Entladen geschieht

Beim Laden des Hochtemperatur-Akkus werden Elektronen in die obere Magnesium-Elektrode geleitet, woraufhin positiv geladene Mg-Ionen aus der unteren Elektrodenschicht durch den Elektrolyten dorthin wandern. Werden die Elektronen beim Entladen abgegriffen, wandern Mg-Ionen wieder durch den Elektrolyten in die untere Schicht zurück. Eine solche Akkuzelle eignet sich für Stromdichten von bis zu 200 mA/cm². Auch nach 30 Zyklen wurden bislang noch keine nennenswerten Verschleißerscheinungen festgestellt. Die Ladesschlussspannung beträgt 0,85 V.

Namhafte Investoren

LMBC wurde 2010 gegründet und beschäftigt inzwischen 17 Mitarbeiter. Sowohl Bill Gates als auch der französische Ölkonzern Total und die US-Forschungsbehörde ARPA Energy haben bereits Millionen von Dollar in das Start-up investiert.

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