Wie Redox-Flow-Batterien funktionieren
Die Trennung von Leistung und Energie ist ein wesentlicher Unterschied zwischen RFBs und anderenElektrochemische Speichersysteme. Wie oben beschrieben, wird die Systemenergie im Elektrolytvolumen gespeichert, das je nach Größe einfach und wirtschaftlich im Bereich von Kilowattstunden bis mehreren zehn Megawattstunden liegen kanndie Lagertanks. Die Leistungsfähigkeit des Systems wird durch die Größe des Stapels elektrochemischer Zellen bestimmt. Die zu jedem Zeitpunkt im elektrochemischen Stapel fließende Elektrolytmenge beträgt selten mehr als ein paar Prozent der gesamten vorhandenen Elektrolytmenge (bei Energieangaben, die einer Entladung bei Nennleistung für zwei bis acht Stunden entsprechen). Der Durchfluss kann während eines Fehlerzustands leicht gestoppt werden. Dadurch wird die Anfälligkeit des Systems gegenüber unkontrollierter Energiefreisetzung bei RFBs durch die Systemarchitektur auf einige Prozent der insgesamt gespeicherten Energie begrenzt. Diese Funktion steht im Gegensatz zu verpackten, integrierten Zellspeicherarchitekturen (Blei-Säure, NAS, Li-Ion), bei denen jederzeit die volle Energie des Systems angeschlossen und zur Entladung verfügbar ist.
Die Trennung von Leistung und Energie bietet außerdem Designflexibilität bei der Anwendung von RFBs. Die Leistungsfähigkeit (Stapelgröße) kann direkt an die zugehörige Last oder das Erzeugungsvermögen angepasst werden. Die Speicherkapazität (Größe der Speichertanks) kann unabhängig an den Energiespeicherbedarf der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Auf diese Weise können RFBs für jede Anwendung wirtschaftlich ein optimiertes Speichersystem bereitstellen. Im Gegensatz dazu wird das Verhältnis von Leistung zu Energie bei integrierten Zellen zum Zeitpunkt des Entwurfs und der Herstellung der Zellen festgelegt. Skaleneffekte bei der Zellproduktion begrenzen die praktische Anzahl der verfügbaren unterschiedlichen Zelldesigns. Daher verfügen Speicheranwendungen mit integrierten Zellen in der Regel über eine überschüssige Leistungs- oder Energiekapazität.
RFBs können in zwei Kategorien unterteilt werden: 1) wahrRedox-Flow-Batterien, bei dem alle zur Energiespeicherung aktiven chemischen Spezies jederzeit vollständig in Lösung gelöst sind; und 2) Hybrid-Redox-Flow-Batterien, bei denen während des Ladevorgangs mindestens eine chemische Spezies als Feststoff in die elektrochemischen Zellen eingelagert wird. Beispiele für echte RFBs sind:die Systeme Vanadium-Vanadium und Eisen-Chrom. Beispiele für hybride RFBs sind Zink-Brom- und Zink-Chlor-Systeme.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. Juni 2021