29.10.2021 Chemikalienbeständige Materialien für Redox-Flow-Batterien

Die steigende Nutzung erneuerbarer Energien hat zur Folge, dass immer mehr produzierter Strom, ob aus großen Wind- und Solarparks oder aus der privaten Aufdachanlage, dezentral zwischengespeichert werden muss. Da die hierfür häufig verwendeten Lithium-Ionen-Batterien unterschiedliche Nachteile aufweisen – u.a. hinsichtlich der Speicherung von Energie über längere Zeiträume oder auch durch die sinkende Kapazität bei geringen Temperaturen bzw. im Verlauf des Gebrauchs – wird nach alternativen Technologien gesucht. Bereits im Einsatz sind Redox-Flow-Batterien. Redox- Flow-Batterien sind aufwändig konstruierte Flüssigbatterien, in denen Elektrolyten, oftmals auf Basis von Vanadium, mittels Pumpen umgewälzt werden. Die Energieumwandlung findet in einer elektrochemischen Zelle statt, die in zwei Hälften getrennt ist. Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Redox-Flow-Batterie.

Die Halbzellen sind durch eine für Ionen durchlässige Membran bzw. einen Separator getrennt, sodass sich die Elektrolyten in den beiden Halbzellen so wenig wie möglich vermischen. Ähnlich wie bei der Brennstoffzellen-Technologie können die einzelnen Zellen zu einem Zell-Stack in Reihe geschaltet werden. Dieser besteht wiederum aus unterschiedlichen Komponenten wie Flussrahmen, Bipolarplatten, Membranen und Dichtungen (Bild 2).

Eine Herausforderung ist bisher das Design und insbesondere das Abdichten der Batterie-Stacks, denn der Kontakt mit dem teils sehr aggressiven Elektrolyten innerhalb der Vanadium-Redox-Flow-Batterie beansprucht die Materialien stark und kann in Folge zu ungewünschten Undichtigkeiten des Stacks oder der gesamten Batterie führen.