Vanadium-Redox-Flow-Batterie
SEKUNDÄRBATTERIEN – FLUSSSYSTEME Übersicht
von MJ Watt-Smith, … FC Walsh, in Encyclopedia of Electrochemical Power Sources
Das Vanadium–Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRB)wurde größtenteils von M. Skyllas-Kazacos und Mitarbeitern im Jahr 1983 an der University of New South Wales, Australien, entwickelt. Die Technologie wird derzeit von mehreren Organisationen entwickelt, darunter E-Fuel Technology Ltd im Vereinigten Königreich und VRB Power Systems Inc. in Kanada. Ein besonderes Merkmal des VRB ist, dass es in beiden Fällen das gleiche chemische Element verwendetAnoden- und Kathodenelektrolyten. Der VRB nutzt die vier Oxidationsstufen von Vanadium, und idealerweise gibt es in jeder Halbzelle ein Redoxpaar Vanadium. Die Paare V(II)–(III) und V(IV)–(V) werden in den negativen bzw. positiven Halbzellen verwendet. Typischerweise ist der Leitelektrolyt Schwefelsäure (∼2–4 mol dm−3) und die Vanadiumkonzentration liegt im Bereich von 1–2 mol dm−3.
Die Lade-Entlade-Reaktionen im 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 normalerweiseCarbonfilzeoder andere poröse, dreidimensionale Formen von Kohlenstoff. In Batterien mit geringerer Leistung wurden Kohlenstoff-Polymer-Verbundelektroden verwendet.
Ein großer Vorteil des VRB besteht darin, dass die Verwendung des gleichen Elements in beiden Halbzellen dazu beiträgt, Probleme im Zusammenhang mit einer Kreuzkontamination der beiden Halbzellenelektrolyte bei Langzeitgebrauch zu vermeiden. Der Elektrolyt hat eine lange Lebensdauer und Probleme bei der Abfallentsorgung werden minimiert. Der VRB bietet außerdem eine hohe Energieeffizienz (<90 % in großen Installationen), niedrige Kosten für große Speicherkapazitäten, Aufrüstbarkeit bestehender Systeme und eine lange Lebensdauer. Zu den möglichen Einschränkungen gehören die relativ hohen Kapitalkosten von Vanadium-basierten Elektrolyten sowie die Kosten und die begrenzte Lebensdauer der Ionenaustauschmembran.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 31. Mai 2021