Polyoxometallat-basierte Redox-Flow-Batterie mit hoher Energiedichte

Redox-Flow-Batterien (RFB) stellen eine robuste und kostengünstige Speichertechnologie dar, die zukünftig in der Lage sein wird, Fluktuationen in der Stromerzeugung abzufangen. Durch ihre prinzipiell geringe Selbstentladung und unabhängige Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität sind RFBs sehr gut für diese Aufgabe als elektrochemische Großspeicher geeignet.

Die bislang kommerzialisierten Vanadium-basierten RFBs sind mit ihrer geringen Energiedichte von 25-50 Wh/L und einer nennenswerten Selbstentladung durch Vanadium-Übertritt zwischen den Halbzellen noch in ihrem Einsatz limitiert.

Im Rahmen des Projekts sollen daher neue Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien entwickelt werden, die eine erheblich verbesserte Energiedichte aufweisen und zusätzliche eine geringe Selbstentladung besitzen. Dazu werden spezielle Molybdän- und Wolfram-Polyoxometallate (POMs) eigesetzt, die in der Lage sind eine sehr hohe Zahl an Elektronen zu speichern.

Durch die hohe Löslichkeit und hohe Elektronenspeicherfähigkeit von 18 Elektronen pro Moleküleinheit von [P₂Mo₁₈O₆₂]^6- soll die Energiedichte mindestens verfünffacht werden. Auch andere Polyoxometallate wie [PMo₁₂O₄₀]^3- und[H₂W₁₂O₄₀]^6- können eine große Zahl an Elektronen aufnehmen und werden ebenfalls als neue negative Elektrolyte untersucht.

In der positiven Halbzelle wird ein Bromid-basierter Elektrolyt eingesetzt, der ebenfalls eine sehr hohe Energiedichte aufweist.

Die Größe der POM-Cluster und die anionische Struktur wird zusätzlich erreicht, dass im Betrieb kein Crossover in die positive Halbzelle auftritt und somit eine Selbstentladung verhindert wird. Die große Stabilität dieser anorganischen Moleküle soll außerdem eine sehr hohe Lebensdauer der RFB ermöglichen. Darüber hinaus wird die Wiederverwertbarkeit der Elektrolyte am Lebenszeitende untersucht.

Zur Charakterisierung der Elektrolyte werden außerdem in situ-Messungen mittels Referenzelektroden und UV/Vis-Spektroskopie durchgeführt.