Redox-Flow-Technologie
Der Begriff Redox ist ein Kurzwort aus „Red“ (für Reduktion) und „Ox“ (für Oxidation). Er bezeichnet eine chemische Reaktion, bei der Elektronen abgegeben werden (Oxidation) und von einem Reaktionspartner aufgenommen werden (Reduktion). Bei diesem Prozess wird elektrische Energie freigesetzt oder chemisch gebunden.
Forschungen hierzu begannen in der Mitte des 20. Jahrhunderts. 1986 patentierten Maria Skyllas-Kazacos und ihr Team der University of New South Wales mit der Vanadium-Redox-Flow-Batterie den ersten elektrochemischen Energiespeicher.
Die Technologie basiert auf der Speicherung elektrischer Energie, die aus dem Potenzialunterschied resultiert, wenn zwei Redox-Paare miteinander reagieren. Der wesentliche Unterschied zu anderen Batterietechnologien ist – neben der Energiedichte – dass sich die Reaktionspartner des Speichermediums in gelöster Form als Elektrolyte in Tanks befinden. Neben Vanadium-Schwefelsäure als Elektrolyt gibt es heute eine Reihe unterschiedlich aufgebauter Elektrolyte auf metallischer und organischer Basis.
Aufbau und Funktionsweise einer Redox-Flow-Batterie
Eine Redox-Flow-Batterie besteht aus 5 Hauptkomponenten:
| Nummer | Hauptkomponente |
|---|---|
| 1 | Anolyttank |
| 2 | Katholyttank |
| 3 | Elektrochemische Wandler (Stack) |
| 4 | Fluidsystem inkl. Pumpen, Sensorik und Aktorik |
| 5 | Leistungselektronik inkl. Netzanbindung |
Jede Redox-Flow-Batterie nutzt zwei Tanks, in denen die Elektrolyte gelagert werden. Ein Tank enthält den negativ geladenen Elektrolyt (Katholyt), der andere Tank enthält den positiv geladenen Elektrolyt (Anolyt).
Der Stack ist aus einer definierten Anzahl an einzelnen Batteriezellen aufgebaut, wobei jede Halbzelle durch eine Ionen-Tauscher-Membran geteilt ist. Die Batteriezellen sind jeweils durch eine fluiddichte, leitfähige Bipolarplatte getrennt. Die eigentliche elektrochemische Reaktion findet in den Graphit-Filzen der Halbzellen statt, die vom jeweiligen positiven oder negativen Elektrolyt durchströmt werden. Um die Batterie zu laden oder zu entladen, wird der Elektrolyt mithilfe von Pumpen durch den Stack befördert. Sobald eine elektrische Last am Stack anliegt, beginnt die elektrochemische Reaktion: Der Strom fließt und dem Elektrolyt wird die Ladung entzogen. Um die Elektrolyte wieder aufzuladen, wird eine äußere Spannung angelegt, sodass die Reaktion umgekehrt verläuft.
Die Energiedichte der Batterie hängt vom jeweiligen Elektrolyten ab. Bei der kommerziell am verbreitetsten Variante der Vanadium-Redox-Flow-Technologie liegt sie in der Praxis bei 15 bis 20 Wh/Liter.