Energie

Im Projekt „Elektrochemische Speicher: Neue Generation von Blei und Zink-Batterien für PV-gebundene stationäre Speicher“ von Prof. Danzer (Bayreuth) und Prof. Rossner (Coburg) wird längerfristig an neuen Regelalgorithmen zur Netzbetriebsführung batteriegestützter Ortsnetze mit hoher PV-Einspeisung und konstruktiven Verbesserungen der entsprechenden Speicherbatterien  geforscht, um diese für die Anforderungen des Netzbetriebes zu optimieren.

Insbesondere die stark fluktuierende Sonnenenergie stellt die Netzbetreiber vor Herausforderungen, da die Spannung des Netzes starken Schwankungen unterliegt. Mit Speichern ist es sowohl möglich, die Spannung im Netz durch Laden- und Entladen der Batterien zu stabilisieren als auch Lastspitzen, die zu einem weiteren Netzausbau führen würden, zu vermeiden.  Da die Batterien das teuerste Element des Speichers darstellen, soll durch eine optimierte Lade- und Entladestrategie die Lebenserwartung der Batterien gesteigert werden. Diese kann aber mit den Anforderungen des Netzes nicht immer gewährleistet werden. Daher soll zum einen eine Regelstrategie entwickelt werden, welche die Lebenserwartung der Batterien steigert und gleichzeitig garantiert, dass das Energienetz nicht über seinen Grenzen hinaus belastet wird. Zum andern sollen materialtechnische Untersuchungen erfolgen, mit dem Ziel, die Batterien an die Anforderungen der Netzführung anzupassen. Im Rahmen des Projektes erfolgt die kooperative Promotion von Tobias Blenk (Hochschule Coburg). Er untersucht dabei an der Universität Bayreuth das Zyklierverhalten und die Alterungsprozesse in einer Blei-Gel-Batterie, unter den speziellen Anforderungen der Netzführung. An modellmäßigen Einzelzellen erarbeitet er Strategien zur Einführung neuer Verbundmaterialkonzepte für Elektroden- und Elektrolyt-Modifikationen. An der Hochschule Coburg soll durch Simulation des elektrischen Netzes unter verschiedenen Einspeise- und Verbrauchsszenarien entsprechende Regelalgorithmen für die Netzstabilisierung erforscht werden, um den Speicher optimal bei möglichst geringer Degeneration auszunutzen.

Die Kinetik elektrochemischer Prozesse wird u. a. durch den Aufbau einer elektrochemischen Doppelschicht an den Elektroden bestimmt [1], [2]. Sobald ein Metall in eine Elektrolytlösung eingebracht wird, bildet sich die elektrochemische Doppelschicht aus. Diese Schicht hemmt den Transfer der Elektronen. Durch Beeinflussung der elektrochemischen Doppelschicht kann der Elektronentransfer verbessert und somit elektrochemische Prozesse beschleunigt werden. In der Elektromobilität hätte dies z. B. den Vorteil, die Ladezeit eines Akkumulators zu verkürzen. Beim Elektropolieren kann die Zeit des Elektropoliervorgangs verkürzt werden, was wiederum industriell von Vorteil ist.

Akustische Oberflächenwellen breiten sich entlang der Grenzschicht zwischen Substrat und umgebender Flüssigkeit aus [3]. Somit können die akustischen Wellen direkt am Ort der Bildung der Diffusionsgrenzschicht wirken. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht, auf welche Weise die akustischen Oberflächenwellen tatsächlich die Diffusionsgrenzschicht beeinflussen und somit zu einer Beschleunigung der elektrochemischen Reaktionen führen können.

1. W. Plieth, Electrochemistry for materials science, 1st ed. Amsterdam, Boston: Elsevier, 2008.
2. C. H. Hamann and W. Vielstich, Elektrochemie, 4th ed. Weinheim: Wiley-VCH, 2005.
3. J. L. Rose, Ultrasonic waves in solid media. Cambridge, New York: Cambridge University Press, 1999.