Vanadium-Redox-Flow-Batterie

Eine Art der Redox-Flow-Batterie ist die Vanadium-Redox-Flow-Batterie. Es ist das am weitesten ausgereifte Redox-Flow-System. Es wird auch All Vanadium Battery genannt.

Eine Redox-Flow-Batterie besteht aus einem Leistungsteil, der auch Energiewandler genannt wird, einer Steuerungseinheit und einem Elektrolyt-Tank-System mit einem oder mehreren Elektrolyten. In den Elektrolyten sind Salze gelöst. Der Leistungsteil besteht aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen. Jede Einzelzelle besteht aus zwei Elektroden und einer ionenleitenden Membran. Dazwischen fließen Elektrolyte, die als Speichermedium dienen. Sie liegen bei Raumtemperatur in flüssiger Form vor. Die Elektrolyte werden in externen Tanks gespeichert und durch die Zellen gepumpt.

Zur Energieumwandlung strömen Elektrolyte durch die elektrochemischen Zellen. Eine elektrochemische Zelle besteht jeweils aus zwei Halbzellen. Die Halbzellen bestehen jeweils aus einer Elektrode und einem Durchflussweg für die Elektrolyte und sind durch eine ionenleitende Membran voneinander getrennt. Die Elektrode besteht in der Regel aus Graphit und Kompositmaterialien. Durch eine der beiden Halbzellen fließt an einer Elektrode ein positiver Elektrolyt, der auch Katholyt genannt wird. Durch die andere Halbzelle fließt an einer Elektrode ein negativer Elektrolyt, der auch Anolyt genannt wird. Durch die Membran hindurch werden die Ionen der in den beiden Elektrolyten gelösten Salze ausgetauscht. Dadurch ändert sich die Wertigkeit der Ionen des jeweiligen Salzes. Zur Beschleunigung der Reaktion werden teilweise Katalysatoren eingesetzt. Nach der Reaktion werden die verbrauchten Elektrolyte in die Tanks zurückgepumpt und können bei Bedarf ausgetauscht werden. Bei der Wiederaufladung der Redox-Flow-Batterie läuft der Prozess umgekehrt ab.

Im reinen Vanadium-Redox-Flow-System liegt das Vanadium in den Elektrolyten in unterschiedlichen Oxidationsstufen in wässriger Schwefelsäure gelöst vor. Vanadium ist in den Oxidationsstufen +2, +3, +4 und +5 verfügbar, so dass zwei unterschiedliche Elektrolyte auf Vanadiumbasis eingesetzt werden können. In der Regel wird an einer Elektrode ein V(II)/V(III)-Redox-Paar eingesetzt und an der anderen Elektrode wird ein V(IV)/V(V)-Redoxpaar eingesetzt. Die Elektrolyte werden durch einen ionendurchlässigen Separator getrennt.

Beim Entladen der Batterie wird die chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die Konzentration jeder ionischen Form des Vanadium-Elektrolyts ändert sich. Nach der Reaktion fließen die verbrauchten Elektrolyte zurück in die Speichertanks.

Daher entsteht beim Crossover von Vanadiumionen durch die Membran auch kein Schaden. Die Elektrolyte werden durch das Crossover nicht verunreinigt.

Vanadium-Redox-Flow-Batterien arbeiten bei Umgebungstemperaturen und erreichen eine Nennspannung von 1,15 V bis 1,55 V pro Zelle. Stationäre Vanadium-Redox-Flow-Systeme werden eingesetzt zur Lastnivellierung, in PV-Systemen und in Notstromsystemen. Die Technologie ist jedoch noch nicht ausgereift.

Englische Übersetzung(en):

vanadium redox-flow battery