Ein gemeinsames Forschungsteam der Universität Montreal und der Concordia University hat ein neues organisches Molekül namens AzoBiPy entwickelt, das eine rekordverdächtige Stabilität bei der Speicherung erneuerbarer Energien zeigt und einen potenziellen Weg zur Entwicklung effizienterer Redox-Flow-Batterien bietet. Die zugehörigen Forschungsergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
Die Studie zielte darauf ab, die Herausforderungen zu bewältigen, die die Intermittenz von Solar- und Windenergie für das Stromnetz darstellt. Die Forscher testeten AzoBiPy in einer Redox-Flow-Batterie im Labor. Die Ergebnisse zeigten, dass das Molekül während eines 70-tägigen Tests nur einen täglichen Kapazitätsverlust von 0,02 % aufwies, seine Energiespeicherkapazität doppelt so hoch war wie bei den meisten vergleichbaren Molekülen und es eine gute Wasserlöslichkeit besaß. Diese Eigenschaften sind positiv für die Steigerung der Effizienz von großskaligen Energiespeichersystemen.
Das Forschungsteam wies darauf hin, dass das Funktionsprinzip von Redox-Flow-Batterien sich von dem herkömmlicher Batterien unterscheidet. Ihre aktiven Materialien sind organische Moleküle, die in einer wässrigen Lösung gelöst und in externen Behältern gespeichert werden. Das System verwendet zwei separate Tanks, die über eine Membran in einer zentralen Elektrolysezelle Elektronen austauschen, um das Laden und Entladen zu ermöglichen. Der leitende Forscher, Professor Dominic Rochefort von der Universität Montreal, erklärte: „Die Moleküle gehen nicht durch die Membran in den anderen Behälter; sie tauschen lediglich über ihre eigenen Elektroden und den externen Stromkreis Elektronen aus.“
Kommerzielle Flow-Batterien verwenden oft das Metall Vanadium, während diese Studie die Substitution durch organische Moleküle erforscht. Die Expertin für organische Synthese, Professorin Hélène Lebel von der Universität Montreal, sagte: „Unser entwickeltes organisches Molekül enthält Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Sauerstoff: Es wird mit Wasser und Säure gemischt und oxidiert, um die Energiespeicherreaktion anzutreiben.“ Das AzoBiPy-Molekül gehört zur Familie der Pyridinium-Verbindungen; seine Struktur fördert den Zwei-Elektronen-Austausch und ermöglicht so eine höhere Energiespeicherkapazität.
Stabilität ist die Hauptherausforderung für solche organischen Moleküle. Professorin Lebel sagte: „Es muss sichergestellt sein, dass die Lade-Entlade-Zyklen über lange Zeit durchgeführt werden können, ohne dass das Molekül zerfällt.“ Im Test lief eine auf AzoBiPy basierende Flow-Batterie 70 Tage lang ununterbrochen und behielt nach 192 Zyklen fast 99 % ihrer Anfangskapazität. Die Forscher halten diese Leistung für herausragend.
Das Forschungsteam hat das Anwendungspotenzial dieser Technologie bereits in einer Laborumgebung demonstriert. In einer Demonstration versorgte ein Prototyp, der nur etwa zwei Esslöffel wässrige Lösung verwendete, eine Reihe von Weihnachtsbaumlichtern 8 Stunden lang kontinuierlich mit Strom. Professor Rochefort wies darauf hin, dass dieses wasserbasierte System nicht brennbar ist, was ein Vorteil für große stationäre Energiespeicheranlagen ist.
In der Zukunft könnte diese Art von Technologie zur Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energieanlagen oder zur Entwicklung sichererer Heimspeichersysteme eingesetzt werden. Das Forschungsteam bereitet eine Patentanmeldung vor und erforscht weiterhin ähnliche Moleküle. Professorin Lebel sagte: „Eine ganze Klasse von Verbindungen mit Potenzial zur Speicherung erneuerbarer Energien wartet darauf, von uns erforscht zu werden. Wir erwarten, dass diese Technologie in 10 bis 15 Jahren breitere Anwendung finden wird.“
Weitere Informationen: Autoren: Hélène Lebel et al., Titel: „4,4′-Azo-bis(1-methylpyridinium) as a Two-Electron Positive Electrolyte Molecule for Aqueous Organic Redox Flow Batteries“, veröffentlicht in: Journal of the American Chemical Society (2025). Zeitschrifteninfo: Journal of the American Chemical Society
