Erneuerbare Energiequellen wie Solarzellen (Photovoltaik) und Windturbinen erfordern große Energiespeichersysteme, um Schwankungen in der Energieerzeugung auszugleichen. Redox-Flow-Batterien (RFBs) gelten als eine der vielversprechendsten Lösungen. RFBs speichern und geben Energie ab, wenn Elektronen zwischen zwei chemischen Reaktanten über einen elektrischen Leiter ausgetauscht werden. Die große Bandbreite an elektroaktiven Substanzen, von denen viele in der Natur vorkommen, bedeutet, dass eine große Anzahl an potenziellen Redox-Flow-Systemen noch zu erforschen ist.

Das von der EU geförderte Projekt SONAR, das vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal koordiniert wird, will das Rätselraten aus dem chemischen Screening nehmen, indem es mit Hilfe von physikalisch- und datenbasierten Modellen vielversprechende elektroaktive Substanzen identifiziert.

Herausforderungen

Die grösste Herausforderung besteht darin, die Tauglichkeit auf allen Ebenen sicherzustellen: Eine Substanz kann zwar hervorragende individuelle Eigenschaften haben, aber komplexe Wechselwirkungen zwischen den Materialien, dem Batteriedesign, der Funktionsweise und auch wirtschaftliche Überlegungen können dazu führen, dass sie innerhalb eines dynamischen industriellen Systems versagt.

SONAR wird daher Modelle auf mehreren Längenskalen integrieren, von der atomistischen Skala bis hin zum Batteriestapel und -system. Um die große Datenmenge, die sich aus der Computersimulation von Materialien und Redox-Flow-Zellen ergibt, zu verarbeiten, wird das Projekt statistische Methoden, Datenanalyse und maschinelles Lernen anwenden und die berechneten Ergebnisse in jeder Phase mit experimentellen Messungen vergleichen.

Das Endergebnis wird ein einzigartiger, mehrstufiger Screening-Service für organische Redox-Flow-Batterien sein, der zum ersten Mal aussagekräftige Vergleiche zwischen konkurrierenden organischen RFB-Systemen in Bezug auf Kosten, Lebensdauer und Leistung (so genannter "levelized cost of storage") ermöglicht.