Bio-basierte-Elektrolyten und Elektroden für Redox-Flow-Batterien

Redox-Flow-Batterien sind ein spezieller Batterietyp, in dem die Energiespeicherung in flüssigen Elektrolyten mit gelösten Redoxverbindungen realisiert wird. Einzigartig in Redox-Flow-Systemen ist die unabhängige Skalierbarkeit von Leistung und Speicherkapazität. Aufgrund dieser Vorteile sowie der langen Lebensdauer, niedrigen Selbstentladungsrate, günstigen Kosten und flexiblen Auslegung wird diese Technologie als sehr vielversprechend für die Zwischenspeicherung von volatilem regenerativem Strom gesehen.

Eine bekannte Variante ist beispielsweise die All-Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Hierbei werden als Elektrolyten verschiedene Vanadiumsalze eingesetzt. Durch die Ressourcenknappheit und den somit hohen Preis von Vanadium ist eine Suche nach günstig verfügbaren Alternativen nötig. Hierbei sind organische redoxaktive Verbindungen seit einiger Zeit im Gespräch.

Verschiedene in nachwachsenden Rostoffen vorkommende Verbindungen stellen aufgrund ihres Redoxverhaltens eine besonders vielversprechende Alternative als Elektrolyten für eine Redox-Flow-Batterie dar. Da diese Stoffe auch aus Lebensmittelresten wie beispielsweise dem bei der Saft- und Weinherstellung anfallendem Trester mit einfachen Extraktionsverfahren gewonnen werden können, entsteht keine Konkurrenz zur Lebensmittelproduktion.

Im Rahmen dieses Projektes soll eine bio-basierte Redox-Flow-Batterie entwickelt werden (siehe Abbildung 1). Hierbei soll zunächst untersucht werden welche biologisch vorkommenden Verbindungen besonders geeignet sind und unter welchen Bedingungen eine Langzeitstabilität erreicht werden kann. Danach sollen Extraktionsverfahren für die Gewinnung der entsprechenden Stoffe aus natürlichen Materialien entwickelt und getestet werden.

Zusätzlich zu den Elektrolyten sollen auch die Elektroden für die Batterie aus biologischen Rohstoffen gewonnen werden. Hierzu sollen durch Carbonisierung von biologischen Nebenprodukten, beispielsweise von Nussschalen, hochporöse Kohlenstoffmaterialien gewonnen werden, welche sehr gut als Elektrodenmaterial geeignet sind.

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer bio-basierten Redox-Flow-Batterie aus nachwachsenden Rohstoffen.