Redox-Flow-Batterien (RFB) sind eine neue und vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für erneuerbare Energien günstig bereitstellen zu können. Die Vorteile von Redox-Flow-Batterien liegen in der unabhängigen Skalierbarkeit von Kapazität und Leistung und in der geringen Selbstentladung. In einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen für die Redoxpaare eingesetzt.
Dies schließt eine Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind dabei jedoch die hohe Korrosivität des Elektrolyten und damit verbunden hohe Anforderungen an die eingesetzten Materialien sowie die Selbstentladung der Batterie durch die permeable Membran.
Um einen effizienten und langfristig stabilen Betrieb von VRFB-Systemen zu ermöglichen und zu untersuchen, ist jedoch auch die Kenntnis des Ladezustandes (State of Charge, SOC) der Batterie zu jedem Zeitpunkt des Betriebes unerlässlich. Auch die Verringerung der Leistungsfähigkeit und Kapazität der Batterie durch Crossover des Elektrolyten durch die Membran kann durch das Monitoring des Ladungszustandes erfasst und verfolgt werden.
Der Ladungszustand von VRFB kann stromlos aus der Zellspannung zwischen der Anode und der Kathode ermittelt werden. Dies ist jedoch nicht während des Ladens und Entladens, bzw. während des Betriebs der Batterie möglich. Zur Bestimmung des SOC über die Zellspannung müsste die Batterie abgeschaltet werden, daher ist diese Methode für die praktische Anwendung ungeeignet. Auch Methoden, die eine Probennahme und ex situ Bestimmung des SOC ermöglichen, wie z.B. eine Redox-Titration des Elektrolyten, sind aufgrund des hohen Aufwandes und der großen Zeitspanne von der Probennahme bis zur Kenntnis des Ladungszustandes nicht geeignet.
Die Arbeitsgruppen Elektrochemie und Technische Chemie forschen an verschiedenen Projekten zur Optimierung von VRFB und zur Entwicklung von neuen Redox-Flow-Systemen. Dazu werden auch Methoden zur direkten Erfassung des SOC in situ erarbeitet. UV-Vis-Spektroskopie und Referenzelektrodenmessungen werden hier erforscht und optimiert, um zuverlässig den SOC der VRFB wieder zu geben. Eine völlig neue Methode zur Ermittlung des SOC sind Dichtemessungen im Elektrolyten1, die in einem BMBF-geförderten Gemeinschaftsprojekt mit dem Projektpartner HAW Hamburg zum Einsatz kamen. Module zur Dichtemessungen werden aktuell in den VRFB-Teststand am DECHEMAForschungsinstut (DFI) integriert und sollen im Rahmen des BMWi-geförderten Projektes »DegraBat« Aufschluss über eine Alterung des Elektrolyten geben.
Bildquelle(n):Dr. Ali Solimani
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