Neue Eisenbatterie hält 16 Jahre ohne Kapazitätsverlust

Wer Solarstrom für die Nacht speichern will, stößt meist auf dasselbe Problem: Lithiumbatterien sind teuer und ihr Preis hängt an einem Rohstoff, dessen Abbau geopolitisch umkämpft ist. Eine Studie aus China, am 1. April 2026 in Advanced Energy Materials veröffentlicht, zeigt einen anderen Weg: Eine Batterie aus Eisen, dem günstigsten und am häufigsten verfügbaren Metall der Erde, hielt in Tests über 6.000 Ladezyklen eine Coulomb-Effizienz von durchschnittlich 99,4 Prozent, ohne messbaren Kapazitätsverlust.

Was ist eine Durchflussbatterie?

Im Unterschied zu Lithium-Ionen-Akkus, bei denen die Energie in festen Elektroden gespeichert wird, nutzen Durchflussbatterien flüssige Elektrolyte, die durch Tanks gepumpt werden. Die Kapazität lässt sich einfach durch größere Tanks skalieren, ohne die Leistungselektronik zu verändern. Das macht diese Bauform besonders attraktiv für Großspeicher im Megawatt-Bereich, etwa für Solarparks oder Windkraftanlagen, die Strom stundenlang zwischenspeichern müssen.

Das Forscherteam vom Institut für Metallforschung der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) arbeitete an einer alkalischen Eisen-Durchflussbatterie, kurz AIFB. Der Grundgedanke ist alt, scheiterte aber bisher an einem fundamentalen Problem: Die aktiven Eisenverbindungen im Elektrolyt degradieren über Zeit, weil Eisen im Elektrolyt reagiert und sich die Ladungsträger langsam verlieren. Nach wenigen hundert Zyklen ließ die Leistung deutlich nach.

Die Lösung: doppelter Schutzschild auf Molekülebene

Die CAS-Forscher entwickelten aus zwölf organischen Liganden elf spezialisierte Eisenkomplexe und wählten schließlich den stabilsten aus. Dieser Komplex nutzt laut der Veröffentlichung in Advanced Energy Materials ein sogenanntes synergetisches Design: Zum einen umhüllt eine sperrige organische Struktur den Eisenkern physisch, sodass angreifende Moleküle ihn kaum erreichen. Zum anderen trägt die Verbindung eine starke negative Ladung, die Fremdstoffe im Elektrolyt elektrisch abstößt. Gemeinsam verhindern beide Mechanismen, dass die aktiven Materialien der Batterie langsam verbraucht werden.

Das Ergebnis: Bei einer Stromdichte von 80 Milliampere pro Quadratzentimeter erreichte die Batterie eine Spitzenleistungsdichte von 392 Milliwatt pro Quadratzentimeter und hielt über alle 6.000 Zyklen eine Energieeffizienz von 78,5 Prozent. Bei diesem Tempo entsprächen 6.000 Zyklen einem täglichen Lade-Entlade-Zyklus über mehr als 16 Jahre.

Im Vergleich: Was andere Speichertechnologien leisten

Zum Vergleich: Handelsübliche Vanadium-Durchflussbatterien, die heute in Großspeichern eingesetzt werden, erreichen ähnliche Zyklenstabilität, kosten jedoch deutlich mehr. Vanadium ist ein Spezialmetall, das hauptsächlich in China, Russland und Südafrika gefördert wird und regelmäßig Preissprüngen unterliegt. Eisen hingegen ist der vierthäufigste Grundstoff in der Erdkruste und laut der Studie über 80 Mal günstiger als Lithium als Rohstoff für Batterien.

Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LFP), die im stationären Speicherbereich weit verbreitet sind, halten typischerweise 3.000 bis 4.000 Zyklen bei vergleichbaren Bedingungen. Die AIFB übertrifft diesen Wert um mehr als das Eineinhalbfache. Noch entscheidender für industrielle Anwender ist der Kostenvorteil: Während der Lithiumpreis 2022 und 2023 extreme Schwankungen von über 70 Prozent verzeichnete, ist Eisen ein industrieller Massenrohstoff mit stabilen Preisen.

Ein weiteres relevantes Vergleichssystem ist die Zink-Brom-Durchflussbatterie, die ebenfalls günstige Rohstoffe nutzt, aber wegen der Toxizität von Brom und Sicherheitsanforderungen im industriellen Einsatz schwierig zu handhaben ist. Eisen und seine Verbindungen gelten als weitgehend ungiftig, was Genehmigungsverfahren vereinfacht.

Drei Bedingungen bis zur Großserienreife

Ob die AIFB aus dem Labor in Großspeicher wandert, hängt von drei Faktoren ab. Erstens muss der spezialisierte Eisenkomplex in industriellen Mengen synthetisierbar sein, ohne dass die Produktionskosten den Rohstoffvorteil zunichtemachen. Die Studie macht dazu keine konkreten Angaben; die Herstellung der elf Testkomplexe war ein aufwendiger Laborprozess.

Zweitens braucht die Technologie einen Langzeit-Stresstest unter realen Bedingungen. Temperaturschwankungen zwischen Sommer und Winter, Schwankungen bei der Ladetiefe und mechanische Belastung durch Pumpen über Jahre sind in einem kontrollierten Laboraufbau nur bedingt simulierbar. Die Batterieindustrie fordert in der Regel Demonstrationsanlagen im Megawatt-Maßstab, bevor sie eine Technologie kommerziell übernimmt.

Drittens müssen Investoren und Versorger Vertrauen in die Technologie aufbauen. Die Veröffentlichung in Advanced Energy Materials ist ein Peer-Review-Journal mit hoher Reputation im Bereich der Materialwissenschaften. Das ist ein wichtiger erster Schritt. Konkrete Ausgründungen oder Lizenzverträge wurden nach aktuellem Stand noch nicht bekannt gegeben. Der Weg von einer publizierten Studie zur installierten Anlage dauert in diesem Sektor typischerweise fünf bis zehn Jahre.