Einen komplett anderen Ansatz verfolgt das US-Unternehmen IFBattery: Gestartet als Ausgründung aus der Purdue University in Indiana hat sich das Team um John Cushman zum Ziel gesetzt, die Flusszellentechnik für Autos nutzbar zu machen.Flusszellen werden in der Industrie bereits als Energie-Zwischenspeicher verwendet. Der Kern der Flusszelle ist eine halbdurchlässige Membran, auf jeder Seite der Membran befindet sich eine Elektrolyt-Lösung, deren Ionen als Ladungsträger durch die Membran diffundieren können, wodurch eine nutzbare elektrische Spannung entsteht. Der elektrische Prozess lässt sich umkehren, das heißt, durch das Anlegen einer Spannung bewegen sich die Ionen in der Gegenrichtung durch die Membran, die Elektrolyt-Lösungen werden aufgeladen.

Prinzipiell ist der elektrochemische Prozess dem eines klassischen Akkus sehr ähnlich. Interessant wird die Flusszelle dadurch, dass Elektroden und Membran nicht mit dem Elektrolyt reagieren. Die Kapazität der Flusszelle hängt also nicht von den Zell-Komponenten ab, sondern ausschließlich vom ElektrolytNachschub, und der wird aus externen Flüssigkeitstanks gespeist. Bei industriellen Anwendungen sind das Behälter, die ganze Gebäude ausfüllen können.

Für mobile Anwendungen ist die erzielbare Energiedichte aber viel zu gering: Pro Liter werden maximal 80 Wattstunden Energie gespeichert, für die Akkukapazität eines aktuellen e-Golf (35 kWh) wären also allein 440 Liter Flüssigkeit nötig, eine Flusszelle mit Golf-Leistung wäre zudem sehr groß. Die Elektrolyte auf Zink-Brom-Basis sind dabei giftig und greifen die Membranen aus organischen Stoffen an, was die erreichbare Lebensdauer beschränkt. Trotzdem gibt es seit Jahren Versuche, die Technik für Autoantriebe zu adaptieren. Das Fraunhofer ICT präsentierte zum Beispiel schon 2009 einen Versuchsträger in Spielzeugauto-Größe, der mit einer Flusszelle angetrieben wurde.

Die Forscher aus der Purdue University haben nach eigenen Angaben gleich mehrere Durchbrüche geschafft: Statt giftiger Verbindungen sollen „einfache“ Rohstoffe für die Elektrolyte eingesetzt werden, statt der Zellmembran wird ein poröses Medium verwendet, das bei dem elektrischen Prozess nicht angegriffen wird. Und schließlich wollen sie die Energiedichte deutlich erhöht haben, ohne dazu freilich eine genaue Zahl zu nennen. Bei der Anwendung im Auto könnten die entladenen Elektrolyte abgepumpt und durch geladene Elektrolyte ersetzt werden.

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IFBattery stellt in Aussicht, dass dafür einfach die bestehende Infrastruktur benutzt werden könnte: Der Nachschub der Flüssigkeiten würde über Tanklaster und Tankstellen organisiert, das Wiederaufladen erfolgte am besten ohne Verluste direkt an Windenergie- oder Photovoltaik-Anlagen. Trotzdem wäre es möglich, das Auto auch zu Hause an der Steckdose aufzuladen. In dieser Vision werden die Vorteile des mineralölgetriebenen Verkehrs (beliebige Reichweiten) mit denen der Elektromobilität (keine Emissionen, zu Hause „Tanken“) kombiniert.

Hier zeigt John Cushman von der Pudue University den Elektrolyt, mit dem Energiedichte und Haltbarkeit in Zukunft erhöht werden soll. CHIP

nanoFlowcell bei Quant-Autos: Fahren mit günstigen, ungiftigen Elektrolyten

Die genaue Zusammensetzung der Elektrolyte ist das große Geheimnis – nicht nur bei IFBattery, sondern auch beim Schweizer Unternehmen nanoFlowcell. Das Unternehmen um Nunzio La Vecchia taucht seit Jahren auf Automobil-Messen auf und zeigt unter dem Markennamen „Quant“ Unglaubliches: Früher zum Beispiel ein Fahrzeug, das ausschließlich mit der Energie von eingebauten Solarzellen fahren sollte.

Heute stecken in den Quant-Prototypen Quantino und Quant FE nach Herstellerangaben Flusszellen. In den Tanks sind die Elektrolyt-Flüssigkeiten namens bi-ION gebunkert, die nicht nur völlig ungiftig sein sollen, sondern zudem in großer Menge aus verfügbaren Rohstoffen billig hergestellt werden. Die Energiedichte soll bei circa 600 Wh pro Liter liegen, das heißt, dass die Kapazität des größten Tesla-Akkus (100 kWh) mit einem praktikablen 170-Liter-Tank realisierbar wäre. Auch nanoFlowcell verspricht den einfachen Aufbau einer Treibstoffversorgung auf der Basis des bestehenden Tankstellennetzes.

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Im Gegensatz zu den Flusszellen aller anderen Entwickler sollen die Quant-Autos die Elektrolyt-Flüssigkeit verbrauchen. Aus dem Auspuff entweicht demnach reiner Wasserdampf, die gelösten Mineralverbindungen werden in einem Filter gesammelt, der etwa alle 10.000 Kilometer gereinigt wird.

Die Glaubwürdigkeit von nanoFlowcell wird durch die Geheimniskrämerei um die Technikdetails nicht eben gefördert: Die Prototypen fahren mit deutscher Zulassung ausschließlich auf Schweizer Straßen, kein Außenstehender darf den Treibstoff sehen oder auch nur daran riechen. Die technischen Daten sind zum Teil unrealistisch: Eine Variante des Quantino-Prototyps soll einen 10-kWh-Puffer in Supercap-Technik verwendet haben (diese Kapazität in aktuellen Supercaps würde über eine Tonne wiegen), der neueste Quantino-Prototyp soll mit 80 kW in unter fünf Sekunden auf 100 km/h beschleunigen (unmöglich für ein Fahrzeug mit mehr als 1.200 kg Masse).

Für den „großen“ Quant FE gab der Hersteller eine üppige Höchstgeschwindigkeit von 380 km/h an, bezifferte aber gleichzeitig die Leistung der Flusszelle mit 30 kW. Ob nanoFlowcell nun seriös ist oder nicht: Im Herbst 2016 konnten einige Motorjournalisten (unter anderem von Auto, Motor und Sport und von Focus Online) die Quant-Prototypen fahren. Sie bestätigten dabei Grundsätzliches: Die Fahrzeuge werden offensichtlich von Elektromotoren angetrieben, die Reichweite reicht aus, um einen ganzen Nachmittag mit Testfahrten auf den Schweizer Straßen durchzuhalten, die Autos waren für Prototypen erstaunlich hochwertig verarbeitet.

NanoFlowcell berichtete zwischenzeitlich von einer Testfahrt mit japanischen Ingenieuren, bei der eine Strecke von über 1.000 Kilometern ohne Nachtanken zurückgelegt wurde. Die Flusszelle im Quantino ist demnach mittlerweile direkt über das Gaspedal regelbar, sodass ein zwischengeschalteter Pufferspeicher nicht mehr nötig ist. Wenn alles, was nanoFlowcell behauptet, wahr ist, dann steht einer sauberen, nachhaltigen und bezahlbaren Autozukunft nichts mehr im Weg.