Die Stanford University arbeitet an einer Flüssigbatterie, die Energie für das Stromnetz speichern soll. Dafür entwickelt das Team neue katalytische Systeme, um Isopropanol zu produzieren. Sie wollen Speichermethoden für flüssige Brennstoffe optimieren.
Robert Waymouth leitet ein Team in Stanford, das an flüssigen organischen Wasserstoffträgern (Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHCs) arbeitet, um erneuerbare Energien zu speichern. An sich ist Wasserstoff als Treibstoff oder zur Stromerzeugung nicht neu. Die Herausforderung besteht darin, ihn zu erhalten und zu transportieren.
Die Möglichkeiten der Flüssigbatterie
Um Strom für das Stromnetz zu speichern, nutzen aktuelle Batterien sogenannte Lithium-Ionen-Technologien. Gleiches gilt für Smartphone- und Elektroautobatterien. Doch die Energiespeicherung ist so umfangreich, dass Wissenschaftler:innen nach ergänzenden Systemen suchen.
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Eine sehr vielversprechende Lösung scheine LOHCs zu sein. Sie arbeiten mit Katalysatoren und hohen Temperaturen, um Wasserstoff zu speichern und freizusetzen. Ziel ist es, dass LOHCs die gespeicherte Energie in großem Umfang als nutzbaren Brennstoff oder Strom zurückgeben.
„Wir entwickeln eine neue Strategie für die selektive Umwandlung und langfristige Speicherung von elektrischer Energie in flüssigen Brennstoffen“, so Waymouth. „Wir haben auch ein neuartiges, selektives katalytisches System zur Speicherung von elektrischer Energie in einem flüssigen Brennstoff entdeckt, ohne dass dabei gasförmiger Wasserstoff entsteht.“
Die wichtige Arbeit in Stanford
Als Bestandteile von Systemen zur Speicherung und Freisetzung von Wasserstoffenergie untersucht das Team um Waymouth auch Isopropanol. Doch bei der Herstellung von Isopropanol entsteht Wasserstoffgas und „du willst kein Wasserstoffgas in diesem Prozess“, wie Waymouth erklärt.
Deshalb erforschen die Wissenschaftler:innen eine Möglichkeit, Isopropanol direkt aus Protonen und Elektronen zu produzieren. Daniel Marron, Hauptautor der Studie, entwickelte dafür ein spezielles Katalysatorsystem, das zwei Protonen und zwei Elektronen mit Aceton kombiniert. Auf diese Weise erhalten sie das LOHC-Isopropanol selektiv, ohne Wasserstoffgas zu erzeugen.
Besonders wertvoll in dem Prozess ist Cobaltocen. Die relativ preiswerte metallorganische Verbindung hat sich in der Reaktion als effizienter Co-Katalysator erwiesen, weil sie Protonen und Elektronen direkt an den Iridium-Katalysator abgibt und kein Wasserstoffgas freisetzt.
Grundlagenforschung für Flüssigbatterien
Für Batterien ist Kobalt bereits ein gängiges Material. Auf Basis der neuen Erkenntnisse hinsichtlich der Eigenschaften von Cobaltocen könnten andere Katalysatoren für den Prozess entstehen. Das ist zumindest die Hoffnung in Stanford, wie Waymouth betont:
Wenn du überschüssige Energie hast und sie im Netz nicht nachgefragt wird, speicherst du sie als Isopropanol. Wenn du die Energie brauchst, kannst du sie als Strom zurückgeben. Das ist Grundlagenforschung, aber wir glauben, dass wir eine neue Strategie für die selektive Speicherung von elektrischer Energie in flüssigen Brennstoffen haben.
Idealerweise verbessern LOHC-Systeme die Energiespeicherung für die Industrie und den Energiesektor und/oder für einzelne Solar- und Windparks.
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