Vanadium-Redox-Akkumulator
Der Vanadium-Redox-Akkumulator (Vanadium-Redox-Flow-Batterie, kurz VRFB) ist ein Akkumulator in der Art einer Redox-Flow-Batterie. In beiden Elektrolyten werden Vanadiumverbindungen in wässrigen Lösungen benutzt. Dadurch wird das Problem einer gegenseitigen Verunreinigung infolge der Diffusion von Ionen durch die Membran verhindert.
Historisches
Die Idee, Vanadiumverbindungen in einem Akkumulator zu nutzen, gab es bereits 1933.<ref>P. A. Pissoort, im französischen Patent Nummer 754065 vom 30.10.1933</ref> 1976 ließ sich Lawrence H. Thaller, damals ein NASA-Mitarbeiter, die Verwendung eines Vanadiumsalzes in Redoxflusszellen patentieren. Er schlug damals Vanadiumchlorid vor.<ref>Patent US3996064: Electrically rechargeable REDOX flow cell. Angemeldet am 22. August 1975, veröffentlicht am 7. Dezember 1976, Anmelder: National Aeronautics And Space Administration NASA, Erfinder: Lawrence H. Thaller.</ref> Die Paarung Vanadium-Vanadium ließ sich 1978 Alberto Pellegri patentieren.<ref>Patent GB2030349: Process and Accumulator, for Storing and Releasing Electrical Energy. Angemeldet am 10. Juli 1978, veröffentlicht am 2. April 1980, Anmelder: Oronzio de Nora Impianti Elettrochimici S.p.A., Erfinder: Alberto Pellegri, Placido M. Spaziante.</ref><ref>Patent DE2927868: Verfahren zur Speicherung und Freisetzung von elektrischer Energie und dafür geeigneter Akkumulator. Veröffentlicht am 31. Januar 1980, Anmelder: Oronzio de Nora Impianti Elettrochimici S.p.A., Erfinder: Alberto Pellegri, Placido M. Spaziante.</ref> Eine erfolgreiche Demonstration und Weiterentwicklung fand erst in den 1980er Jahren an der University of New South Wales durch Maria Skyllas-Kazacos und ihre Mitarbeiter statt.<ref>M. Rychcik, M. Skyllas-Kazacos: Evaluation of electrode materials for vanadium redox cell. In: Journal of Power Sources. Band 19, Nr. 1, Januar 1987, S. 45–54, doi:10.1016/0378-7753(87)80006-x.</ref><ref>M. Rychcik, M. Skyllas-Kazacos: Characteristics of a new all-vanadium redox flow battery. In: Journal of Power Sources. Band 22, Nr. 1, Januar 1988, S. 59–67, doi:10.1016/0378-7753(88)80005-3.</ref> Skyllas-Kazacos und die University of New South Wales ließen sich die Form mit Schwefelsäure-Elektrolyten 1986 patentieren.<ref>M. Skyllas-Kazacos, M. Rychcik und R. Robins, im australischen Patent Nummer 575247 (1986), der Unisearch Ltd.</ref> 1998 verkaufte die Universität die Patente an eine australische Firma (Pinnacle VRB). Nach einigen Umstrukturierungen und Übernahmen wurden die Patente schließlich von der Firma Prudent Energy übernommen. Die ursprünglichen Patente liefen 2006 aus, was einen freien Markt ermöglichte und zu kommerziellen Entwicklungen führte.<ref>Spelters, Oliver (2010): Betrachtung zur Dynamik von Redox-Flow-Zellen, München: Grin</ref>
Allgemeines
Der Vanadium-Redox-Akkumulator nutzt die Fähigkeit von Vanadium aus, in Lösung vier verschiedene Oxidationsstufen annehmen zu können, sodass statt zwei nur ein elektroaktives Element für den Akkumulator benötigt wird. Die Quellenspannung (Spannung ohne Belastung) pro Zelle liegt zwischen 1,15 V und 1,55 V. Bei 25 °C beträgt sie 1,41 V.
Die Elektroden bestehen aus Kohlenstoff, deren Struktur hat wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften.<ref name="Skyllas-Kazacos2015">Ki Jae Kim, Min-Sik Park, Young-Jun Kim, Jung Ho Kim, Shi Xue Douband, M. Skyllas-Kazacos: A technology review of electrodes and reaction mechanisms in vanadium redox flow batteries, in Journal of Materials Chemistry A, Juni 2015, DOI: 10.1039/c5ta02613j, abgerufen am 20. Sep. 2020</ref> Die Elektroden und die beiden Elektrolyt-Vorräte sind durch eine Membran getrennt, die idealerweise nur Wasserstoffionen passieren lässt.
Wie bei allen Redox-Flow-Batterien ist ein Hauptvorteil des Vanadium-Redox-Akkumulators, dass Leistung und Kapazität im Gegensatz zu gewöhnlichen Sekundärzellen voneinander unabhängig sind. Die Leistung ist v. a. durch die Elektrodenfläche, die Speicherkapazität durch die Elektrolytmenge regulierbar. Auch ist eine Tiefentladung schadlos. Jedoch besitzt er eine vergleichsweise geringe Energiedichte von ca. 15 bis 25<ref name="carm1"/> bzw. 25 bis 35<ref name="Sangwon">Sangwon Kim: Vanadium Redox Flow Batteries: Electrochemical Engineering, in: IntechOpen, 3. April 2019, DOI: 10.5772/intechopen.85166, abgerufen am 20. Sep. 2020</ref> Wattstunden pro Liter Elektrolytflüssigkeit. Die massebezogene Energiedichte beträgt dementsprechend 20 bis 32 Wh/kg Elektrolyt.<ref name="Sangwon"/>
Der Hauptnachteil der Vanadium-Redox-Akkumulator-Technologie sind neben dem schlechten Volumen-Energie-Speicherverhältnis der im Vergleich zu herkömmlichen Akkumulatoren kompliziertere Gesamtaufbau, der auch Pumpen und Vorratstanks umfasst.
Durch die stets gegebene geringe Durchlässigkeit der Membran auch für Vanadium-Ionen kommt es zur Selbstentladung und zum Kapazitätsverlust.<ref name="Sangwon"/>
Die Gesamt-Energie-Effizienz (round trip efficiency) wird auch durch die Pumpen verringert und beträgt ca. 62 bis 85 %.<ref>Qian Xu, Yannan Ji, Liyu Qin, P.K. Leung, Fen Qiao, Yashuai Li, Huaneng Su: Evaluation of redox flow batteries goes beyond round-trip efficiency: A technical review, in The Journal of Energy Storage 16(1), Januar 2018, Seiten 108–115, DOI: 10.1016/j.est.2018.01.005, abgerufen am 20. Sep. 2020</ref>
Zu den Vorteilen gehört die Zyklenfestigkeit und das „Laden“ per Elektrolytaustausch. Nach einer Studie aus dem Jahr 2016<ref name="Skyllas-Kazacos2016">Yitao Yan, Yifeng Li, Maria Skyllas-Kazacos, Jie Bao: Modelling and simulation of thermal behaviour of vanadium redox flow battery. In: Journal of Power Sources. Band 322. Elsevier B.V., 1. August 2016, S. 116–128, doi:10.1016/j.jpowsour.2016.05.011.</ref> hat eine solche Batterie innerhalb eines dreijährigen Tests über 200.000 Lade-/Entladezyklen durchlaufen.
Reaktionsgleichungen
Der Vanadium-Redox-Akkumulator nutzt in beiden Halbzellen Redoxpaare des Vanadiums.
Die Lösung auf der Anoden-Seite enthält Vanadylsulfat (Vanadin(IV)-oxidsulfat, VOSO4, blau), das zum gelben fünfwertigen Ion oxidiert werden kann:<ref name="Tübke" />
Positive Elektrode (Anode) V(4+) und V(5+):
- VO2+ + H2O ⇌ VO2+ + 2 H+ + e− (E0 = 0,995 V vs. SHE)
Die Lösung der Kathoden-Seite enthält Vanadium(III)-sulfat (grün), das zum zweiwertigen, violetten Vanadiumsalz reduziert werden kann:
Negative Elektrode (Kathode):
- V3+ + e− ⇌ V2+ (E0 = −0,255 V vs. SHE).
Nebenreaktionen
Während des Ladens können – vor allem bei großen Stromdichten – an den Elektroden unerwünschte Nebenprodukte entstehen: Auf der Anode entsteht Sauerstoff (O2) oder durch Reaktion mit dem Kohlenstoff der Elektrode Kohlenstoffdioxid. An der Kathode entsteht Wasserstoff (H2).
Anode: 6 H2O ⇌ O2 + 4 H3O+ + 4 e−
Anode: 6 H2O + C ⇌ CO2 + 4 H3O+ + 4 e−
Kathode: 2 H3O+ + 2 e− ⇌ H2 + 2 H2O
Diese Reaktionen verringern die Effizienz der Energiespeicherung. Auch muss die Ansammlung des brennbaren Wasserstoffgases vermieden werden.
Durch Reaktion des entstehenden Sauerstoffs mit der Graphitelektrode wird diese durch Verbinden des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff verschlissen, man überwacht daher beim Laden die Zellspannung, um zu hohes, zum Gasen führendes Anodenpotential zu vermeiden. Dadurch kann Anodenverschleiß fast gänzlich vermieden werden und es werden sehr hohe Zyklenzahlen erreicht.<ref name="Skyllas-Kazacos2015"/>
Betriebssicherheit
Vanadium-Redoxflusszellen haben insbesondere gegenüber den Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine höhere Betriebssicherheit, da der Elektrolyt aufgrund seines hohen Wasseranteils weder brennbar noch explosiv ist. In einem Test überstand eine VRFB einen absichtlich herbeigeführten Kurzschluss unbeschadet.<ref name="Whitehead2017" /> Aufgrund der Trennung zwischen den leistungsbestimmenden elektrochemischen Zellen und dem Vorratstanks, die die Kapazität bestimmen, ist immer nur ein geringer Teil des Elektrolyten in der Wandlereinheit, dem sogenannten Stack, wirksam. Unter anderem für Lithium-Ionen-Zellen typische Alterungs- und Versagensmechanismen, wie die mögliche Bildung von Dendriten, Elektrolytmangel und thermisches Durchgehen, sind für wässrige Redoxflusszellen nicht relevant. Das Auslaufen von Elektrolyt wird mit doppelwandigen Tanks vermieden.<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Beispiel ( vom 23. April 2016 im Internet Archive) (PDF) für ein containerbasiertes System mit doppelwandigem Tank.</ref> Üblich ist eine Überwachung der Zellspannung, um das Gasen zu vermeiden, und eine Überwachung des Elektrolyten. Beim Laden mit großen Stromdichten kann durch Wasserelektrolyse Wasserstoffgas als Nebenprodukt entstehen, was durch Strombegrenzung und Belüftung vermieden wird.
Anwendungen
Die momentan erhältlichen kommerziellen Batterien werden ausschließlich stationär verwendet, z. B. im Bereich der Erneuerbaren Energien für die Abdeckung von Spitzenlast und als Lastausgleich, außerdem bei Unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV).<ref>M. Skyllas-Kazacos, M. H. Chakrabarti, S. A. Hajimolana, F. S. Mjalli, M. Saleem: Progress in Flow Battery Research and Development. In: Journal of The Electrochemical Society. Band 158, Nr. 8, 1. August 2011, S. R55–R79, doi:10.1149/1.3599565.</ref> Mit Stand Mai 2017 sind weltweit über 40 große Vanadium-Redox-Flow-Akkumulatoren im Betrieb.<ref name="DOE" /> Davon haben 10 eine Leistung von 1 MW und mehr; 10 befinden sich in China, 5 in den USA und 5 in Japan.<ref name="DOE" /> Die meisten großen Vanadiumakkus wurden in der Nähe von Windparks oder großen Photovoltaik-Freiflächenanlagen errichtet. Die größte derartige Batterie steht in Japan und leistet bis zu 15 MW. Auch in Deutschland sind einige Vanadium-Redox-Flow-Systeme im Einsatz, darunter drei mit Leistungen von 200 kW bis 325 kW, sowie mehrere Systeme von 10 kW (z. B. im Alten Land) oder 20 kW (z. B. in Freiberg am Neckar).<ref name="DOE" /> Weltweit werden auch viele kleinere Systeme betrieben.
Die größten Vanadium-Redox-Flow-Akkumulatoren
Der größte Vanadium-Redox-Flow-Akkumulator Deutschlands mit 660 m3 Tankinhalt und 2 MW Leistung und 20 MWh Energiespeicherkapazität wurde im September 2019 fertiggestellt.<ref name=":0">Energie im Tank. Abgerufen am 24. September 2019.</ref><ref name="BNN" /><ref name="ICT" />
Die größte Batterie der Welt ist ebenfalls ein Vanadium-Redox-Flow-Akkumulator. Sie hat eine Spitzenleistung von 100 MW und kann 400 MWh Energie speichern. Sie wurde im Nordosten Chinas auf der Halbinsel bei Dalian installiert und ging im Oktober 2022 ans Netz. Sie besteht aus zehn Einheiten mit je 20 MW und 80 MWh. Geliefert wird sie von den Industriepartnern Rongke Power und UniEnergy Technologies (UET); die Kosten liegen bei 266 Millionen Dollar. In einer zweiten Ausbauphase ist die Verdoppelung der Kapazität geplant.<ref>China connects world’s largest redox flow battery system to grid – pv magazine International (pv-magazine.com)</ref>
| Batteriespeicherwerk | Standort | Leistung | Energie | Zeit | Inbetriebnahme
Datum |
Betreiber | Hersteller | Primärenergie | Belege |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dalian Rongke Power | Datei:Flag of the People's Republic of China.svg Volksrepublik China, Dalian, Liaoning | 100 (200) | 400 (800) | 4 | 29.09.2021 | Dalian Rongke Power | Rongke Power | Solar und Wind | <ref>China connects world’s largest redox flow battery system to grid. 29. September 2022, abgerufen am 22. Januar 2024 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> |
| Minami Hayakita | Datei:Flag of Japan.svg Japan, Hokkaidō, Abira | 15 | 60 | 4 | 06.01.2016 | Hokkaido Electric Power (HEPCO) | Sumitomo Electric Industries | Solar (111 MW<ref>Junko Movellan: Hokkaido Is the New Solar Capital of Japan. In: Featured News. RenewableEnergyWorld.com, 1. Mai 2014, abgerufen am 12. September 2021 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref>) | <ref>Minami Hayakita Substation Hokkaido Electric Power- Sumitomo. In: DOE Global Energy Storage Database. Sandia Corporation, U.S. Department of Energy, Strategen Consulting LLC, 20. September 2016, archiviert vom Vorlage:IconExternal am 9. November 2017; abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>Kenji Kaneko: 60MWh Redox Flow Battery Starts Operations to Deal With Renewable Energy - News - Solar Power Plant Business. In: Solar Power Plant Business, News. Nikkei Business Publications, 5. Januar 2016, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> |
| GuoDian LongYuan | Datei:Flag of the People's Republic of China.svg Volksrepublik China, Liaoning | 5 | 10 | 2 | 15.03.2013 | Longyuan Power | Rongke Power | Wind (Windpark Woniushi) | <ref>Projekt für Windpark-Energiespeicherung Guodian Longyuan Woniushi. In: Markt und Anwendung, Integration erneuerbarer Energie. Rongke Power, abgerufen am 26. Mai 2017.</ref><ref>Zonghao Liu, Huamin Zhang, Sujun Gao, Xiangkun Ma, Yufeng Liu: The world's largest all-vanadium redox flow battery energy storage system for a wind farm. Energy Storage Science and Technology, 2014, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>GuoDian LongYuan Wind Farm VFB. In: DOE Global Energy Storage Database. Sandia Corporation, U.S. Department of Energy, Strategen Consulting LLC, 26. Mai 2016, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> |
| Tomamae | Datei:Flag of Japan.svg Japan, Hokkaido, Tomamae | 4 | 6 | 1,5 | 01.01.2005 | Hokkaido Electric Power (HEPCO) | Sumitomo Electric Industries | Wind 30,6 MW | <ref>Tomamae Wind Farm. In: DOE Global Energy Storage Database. Sandia Corporation, U.S. Department of Energy, Strategen Consulting LLC, 6. August 2014, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> |
| Sumitomo Densetsu | Datei:Flag of Japan.svg Japan, Kinki, Osaka | 3 | 0,8 | 0,27 | 01.02.2000 | Sumitomo Electric Industries | <ref>Sumitomo Densetsu Office. In: DOE Global Energy Storage Database. Sandia Corporation, U.S. Department of Energy, Strategen Consulting LLC, 23. Juni 2013, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | ||
| Zhangbei National V | Datei:Flag of the People's Republic of China.svg Volksrepublik China, Hebei, Zhangbei | 2 | 8 | 4 | 01.12.2011 | State Grid Corporation of China (SGCC) | Prudent Energy | Wind (100 MW) und Solar (40 MW)<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Clean Energy Ministerial - Energy Storage System: Challenges and Opportunities ( vom 3. August 2016 im Internet Archive), 12. Mai 2014 (PDF)</ref> | <ref>Zhangbei National Wind and Solar Energy Storage and Transmission Demonstration Project (V). In: DOE Global Energy Storage Database. Sandia Corporation, U.S. Department of Energy, Strategen Consulting LLC, 26. Mai 2016, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>A. Lee Barker: Sparton Resources Inc.: Special Shareholder Meeting Results November 3, 2016. In: News Room. Marketwired/Sparton Resources Inc., 7. November 2016, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> |
| Everett | Datei:Flag of the United States.svg Vereinigte Staaten, Washington, Everett | 2 | 8 | 4 | 28.03.2017 | Snohomish County PUD | UniEnergy Technologies | <ref>Megan Geuss: Washington state’s new 8 megawatt-hour flow battery is the largest of its kind. In: Biz&IT. Ars Technica, WIRED Media Group, 6. April 2017, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | |
| San Diego | Datei:Flag of the United States.svg Vereinigte Staaten, Kalifornien, San Diego | 2 | 8 | 4 | 16.03.2017 | San Diego Gas and Electric (SDG&E) | Sumitomo Electric (SEI) | <ref>Tom Kenning: SDG&E and Sumitomo unveil largest vanadium redox flow battery in the US. In: Energy Storage News. Solar Media Limited, 17. März 2017, abgerufen am 17. Juni 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>Sumitomo Electric Starts Demonstration of Storage Battery System for Power Grid in California. In: Company Information > Press Release. Sumitomo Electric Industries, Ltd., 17. März 2017, abgerufen am 17. Juni 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | |
| Tottori Sanyo Electric | Datei:Flag of Japan.svg Japan, Präfektur Tottori, Tottori | 1,5 | 1,5 | 1 | 01.04.2001 | Sumitomo Electric Industries | <ref>History of Vanadium Redox Battery. In: Vanadium Redox Battery. University of New South Wales, archiviert vom Vorlage:IconExternal am März 2017; abgerufen am 4. Juni 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>Vanadium Redox Flow Batteries. In: The Energy Blog. 21. Januar 2006, abgerufen am 4. Juni 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref><ref>4.1 Vanadium Redox Battery, Sumitomo Electric Industries Ltd. In: Review of Electrical Energy Storage Technologies and Systems and of their Potential for the UK. DTI Technology Programme, Future Energy Solutions, EA Technolog, 21. Januar 2006, abgerufen am 4. Juni 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | ||
| Yokohama | Datei:Flag of Japan.svg Japan, Kanagawa, Yokohama | 1 | 5 | 5 | 24.07.2012 | Sumitomo Electric Industries | Solar 0,2 MW | <ref>Demonstrating Megawatt-Class Power Generation/Storage System at Yokohama Works. In: Press Release > 2012. Sumitomo Electric Industries, Ltd., 17. April 2012, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | |
| Avista Pullman | Datei:Flag of the United States.svg Vereinigte Staaten, Washington, Pullman | 1 | 3,2 | 3,2 | 17.06.2015 | Avista | UniEnergy Technologies | <ref>Eric Wesoff, Jeff St. John: Largest Capacity Flow Battery in North America and EU Is On-Line and Commissioned. In: Biz&IT. Greentech Media, 19. Juni 2015, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | |
| Braderup | Datei:Flag of Germany.svg Deutschland, Schleswig-Holstein, Braderup | 0,325 | 1 | 3 | 15.09.2014 | Energiespeicher Nord | Vanadis Power (Rongke Power) | Wind (19,8 MW, Bürgerwindpark) | <ref>Vanadis Power liefert Batteriespeicher für Hybridsystem. 3. April 2017 (energieregion.de [abgerufen am 26. Mai 2017]).</ref><ref>IWR: Bürgerwindpark setzt Europas größte Megawatt-Hybridbatterie ein. In: IWR. (iwr.de [abgerufen am 26. Mai 2017]).</ref> |
| Bielefeld | Datei:Flag of Germany.svg Deutschland, Nordrhein-Westfalen, Bielefeld | 0,26 | 0,65 | 2,5 | 15.09.2011 | Gildemeister Energy Solutions | Wind (1 MW) | <ref>DOE Global Energy Storage Database. Abgerufen am 26. Mai 2017.</ref> | |
| Pellworm | Datei:Flag of Germany.svg Deutschland, Schleswig-Holstein, Pellworm | 0,2 | 1,6 | 8 | 09.09.2013 | Gildemeister Energy Solutions | Wind 0,3 MW und Solar 0,77 MW (Hybridkraftwerk Pellworm) | <ref>The use of efficient storage systems on the Island of Pellworm. Archiviert vom Vorlage:IconExternal am 15. Mai 2017; abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value)).</ref> | |
| RedoxWind Pfinztal | Datei:Flag of Germany.svg Deutschland, Baden-Württemberg, Pfinztal | 2 | 20 | 10 | ??.09.2019 | Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie | Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie | Wind (2 MW) | <ref name=":0" /><ref name="BNN" /><ref name="ICT" /> |
Eignung zum Einsatz in Fahrzeugen
Die Energiedichte pro Masse der Vanadium-Redox-Flow-Batterie ist für Batterien mit 90 kW und mehr höher als die einer Bleibatterie.<ref name="Cunha2015" /> Man kann sie jedoch durch Austausch der Elektrolyte schnell wieder aufladen, beispielsweise an speziellen Tankstellen.<ref name="Cunha2015" /> Daher wurde die VRFB eine Zeit lang als Energiespeicher für Elektroautos diskutiert. 1994 wurde ein Golfmobil in Sydney mit einer VRFB ausgestattet.<ref>Battery Pioneers: Maria Skyllas-Kazacos. Batteries International, 22. September 2016, abgerufen am 29. Mai 2017.</ref> Für leistungsstarke Elektroautos ist die VRFB jedoch keine Option. Auch die volumetrische Energiedichte der VRFB ist zu klein, d. h. sie bräuchte in einem Fahrzeug viel Platz.<ref name="Cunha2015" /> Außerdem wird die VRFB von Lithiumionenakkumulatoren hinsichtlich volumen- und massebezogener Energiedichte weit übertroffen<ref name="Cunha2015" />, auch der Wirkungsgrad ist niedriger als derjenige von Lithiumionenakkus.
Forschung und Entwicklung
Erforscht werden kostengünstige Membranen<ref name="Zhang2013" /> als Alternative zu Nafion und hochkonzentrierte, über weite Temperaturbereiche stabile Elektrolyte.<ref name="Li2011" /> Auch werden Katalysatoren zur Erhöhung der Austauschstromdichte und damit zur Effizienzsteigerung entwickelt.
Weblinks
- Seite der University of New South Wales zum Vanadium-Redox-Akkumulator (engl.)
- Forschung am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
Einzelnachweise
<references> <ref name="Tübke">Jens Tübke, Peter Fischer, Jens Noack: Redox-Flow-Batterien als stationäre Energiespeicher – Stand und Perspektiven. Abgerufen am 26. Mai 2017.</ref> <ref name="DOE">DOE Global Energy Storage Database. In: DOE Global Energy Storage Database. Sandia Corporation, U.S. Department of Energy, Strategen Consulting LLC, 26. Mai 2016, abgerufen am 26. Mai 2017 (Lua-Fehler in Modul:Multilingual, Zeile 153: attempt to index field 'data' (a nil value), Diese Datenbank des DOE erfasst die meisten größeren Energiespeicher.).</ref> <ref name="carm1">Redox-Flow-Batterien. Archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 9. August 2014; abgerufen am 27. Juli 2014.</ref> <ref name="BNN">Der Rotor steht noch still. Archiviert vom Vorlage:IconExternal (nicht mehr online verfügbar) am 17. Februar 2020; abgerufen am 26. Mai 2017.</ref> <ref name="ICT">Großprojekt »RedoxWind«. Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie, abgerufen am 26. Mai 2017.</ref> <ref name="Cunha2015"></ref> <ref name="Whitehead2017">A. H. Whitehead, T. J. Rabbow, M. Trampert, P. Pokorny: Critical safety features of the vanadium redox flow battery. In: Journal of Power Sources. Band 351. Elsevier B.V., 31. Mai 2017, S. 1–7, doi:10.1016/j.jpowsour.2017.03.075.</ref> <ref name="Zhang2013">Hongzhang Zhang, Huamin Zhang, Fengxiang Zhang, Xianfeng Li, Yun Li: Advanced charged membranes with highly symmetric spongy structures for vanadium flow battery application. In: The Royal Society of Chemistry (Hrsg.): Energy & Environmental Science. Band 6, Nr. 3, 20. Februar 2013, S. 776–781, doi:10.1039/c3ee24174b.</ref> <ref name="Li2011">Liyu Li, Soowhan Kim, Wei Wang, M. Vijayakumar, Zimin Nie, B. Chen, J. Zhang, G. Xia, J. Hu, G. Graff, J. Liu, Zhenguo Yang: A Stable Vanadium Redox-Flow Battery with High Energy Density for Large-Scale Energy Storage. In: Advanced Energy Materials. Band 1, Nr. 3. Wiley-VCH, 1. Mai 2011, S. 394–400, doi:10.1002/aenm.201100008.</ref> </references>
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