Vanadium-Redox-Flow-Batterie
Sekundärbatterien – Durchflusssysteme – Übersicht
aus MJ Watt-Smith, … FC Walsh, in Encyclopedia of Electrochemical Power Sources
Das Vanadium–Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRB)Die Entwicklung dieser Technologie wurde maßgeblich von M. Skyllas-Kazacos und Mitarbeitern im Jahr 1983 an der University of New South Wales in Australien vorangetrieben. Sie wird mittlerweile von mehreren Organisationen weiterentwickelt, darunter E-Fuel Technology Ltd. in Großbritannien und VRB Power Systems Inc. in Kanada. Eine Besonderheit der VRB-Technologie ist die Verwendung desselben chemischen Elements in beiden Komponenten.Anoden- und KathodenelektrolyteDie Vanadium-Redox-Batterie (VRB) nutzt die vier Oxidationsstufen von Vanadium, wobei idealerweise in jeder Halbzelle ein Vanadium-Redoxpaar vorliegt. Die Redoxpaare V(II)–(III) und V(IV)–(V) werden in der negativen bzw. positiven Halbzelle verwendet. Typischerweise dient Schwefelsäure (ca. 2–4 mol dm⁻³) als Leitelektrolyt, und die Vanadiumkonzentration liegt im Bereich von 1–2 mol dm⁻³.
Die Lade- und Entladereaktionen in der Vanadium-Redox-Batterie (VRB) sind in den Reaktionen [I]–[III] dargestellt. Im Betrieb beträgt die Leerlaufspannung typischerweise 1,4 V bei 50 % Ladezustand und 1,6 V bei 100 % Ladezustand. Die in VRBs verwendeten Elektroden sind üblicherweise …Kohlenstofffilzeoder anderen porösen, dreidimensionalen Kohlenstoffformen. Batterien mit geringerer Leistung verwenden Kohlenstoff-Polymer-Verbundelektroden.
Ein wesentlicher Vorteil der Vanadium-Redox-Batterie (VRB) besteht darin, dass die Verwendung desselben Elements in beiden Halbzellen Probleme durch Kreuzkontamination der Elektrolyte bei Langzeitnutzung vermeidet. Der Elektrolyt ist langlebig, und der Entsorgungsaufwand wird minimiert. Die VRB bietet zudem eine hohe Energieeffizienz (über 90 % in großen Anlagen), niedrige Kosten für große Speicherkapazitäten, die Möglichkeit zur Aufrüstung bestehender Systeme und eine lange Lebensdauer. Mögliche Einschränkungen sind die relativ hohen Investitionskosten für Vanadium-basierte Elektrolyte sowie die Kosten und die begrenzte Lebensdauer der Ionenaustauschermembran.
Veröffentlichungsdatum: 31. Mai 2021