Redox-Flow-Batterien

Die Redox-Flow-Zelle (Red für Reduktion = Elektronenaufnahme, Ox für Oxidation = Elektronenabgabe) speichert elektrische Energie in chemischen Verbindungen wie bei klassischen Akkumulatoren, hier jedoch in flüssiger Form. Die zwei energiespeichernden Elektrolyte zirkulieren dabei in zwei getrennten Kreisläufen, zwischen denen in der Zelle mittels einer Membran der Elektronenaustausch erfolgt. Die Zellenspannung liegt typisch bei 1,5 V.

Die energiespeichernden Elektrolyte werden außerhalb der Zelle in getrennten Tanks gelagert, wodurch die gespeicherte Energiemenge nicht mehr von der Größe der Zelle abhängt. Die Tanks können einfach und manuell befüllt und die Batterie somit geladen werden.

Die Grundlagen für Redox-Flow-Zellen wurden in den 1970er Jahren geschaffen.

Anwendungen

Aus den Eigenschaften der Zellen ergibt sich ihre Eignung vor allem für größere, stationäre Anwendungen mit Leistungen von 1 kW bis zu mehreren MW.

So werden Redox-Flow-Zellen etwa in Form des Vanadium-Redox-Akkumulators als Backup für Mobilfunk-Basisstationen oder Pufferbatterie für Windkraftanlagen eingesetzt. Das größte System dieser Art wird in einer japanischen Windkraftanlage eingesetzt und kann zehn Stunden lang mit einer Leistung von 6 Megawatt genügend Strom liefern, wenn das Windkraftwerk in Folge von Windstille nicht arbeitet.

Angestrebt werden dabei die folgenden Eigenschaften:

• Energiedichte ähnlich der herkömmlichen Autobatterie
• keine oder minimale Selbstentladung
• Wirkungsgrad deutlich oberhalb von 75 %

Weitere Anwendungen sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen, wo die Batterie bei Stromausfall längere Zeit Leistung liefert.

Die Redox-Flow-Zelle wurden weiterhin auch als Energiespeicher für künftige Elektroautos vorgeschlagen. Hier stellt das schnelle Aufladen eine wesentliche Herausforderung dar, ein Vorgang, der bei Redox-Flow-Batterien einfach durch Austausch der Flüssigkeiten erfolgen kann, etwa an einer speziell ausgerüsteten Tankstelle. Der eigentliche Ladevorgang findet dann außerhalb des Fahrzeugs statt und die Handhabung würde dem heutigen Tanken an der Zapfsäule ähneln. Gegen ein solches Verfahren spricht aktuell noch das relativ schlechte Leistungsgewicht im Vergleich etwa zu modernen LiIon-Akkumulatoren.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ergibt sich aus der Tatsache, dass alle Zellen das gleiche Elektrolyt nutzen, somit laden und entladen mit unterschiedlicher Zellenanzahl erfolgen kann. So lassen sich leistungsstarke Gleichstrom-Spannungswandler (Gleichstromsteller) aufbauen, oder auch die Leistungsabgabe je nach Verschaltung vorhandener Zellen, etwa bei Fahrzeugen, steuern.

Siehe auch

• Akkumulator
• Energiespeicher

Weblinks

• RWTH Aachen, ISEA - Redox-Flow-Batteriesysteme
• Deutschlandfunk: "Batterien im Fluss", 02.11.2006
• Beschreibung der Vanadium-Redox-Flow-Batterie auf der Webseite der ESA (Electricity Storage Association), engl.
• Umfangreicher Artikel im Energy Blog (engl.)
• Sendung in Deutschlandfunk "Forschung Aktuell", 29.1.2008 -- (in MP3)
• Beitrag im Wissenschaftsmagazin nano des Fernsehsenders 3Sat vom 14. Feb. 2008 mit Video
• Mark T. Kuntz: "2-MWh Flow Battery Application by PacifiCorp in Utah" (Workshop-Präsentation, engl.)
• SUMITOMO ELECTRIC INDUSTRIES, Ltd.: "Vanadium Redox-Flow Battery (VRB) for a Variety of Applications" (Hersteller-Präsentation, engl.)
• [1] Optionen zur Speicherung elektrischer Energie in Energieversorgungssystemen mit regenerativer Stromerzeugung; Interessanter Überblick
• Redox-Flow-Batterien bei der Fraunhofer-Gesellschaft

Galvanische Zellen

Primärzellen:  Alkali-Mangan-Batterie | Daniell-Element | Leclanché-Element | Lithium-Batterie | Lithium-Eisensulfid-Batterie | Nickel-Oxyhydroxid-Batterie | Quecksilberoxid-Zink-Batterie | Silberoxid-Zink-Batterie | Zink-Braunstein-Zelle | Zinkchlorid-Batterie | Zink-Luft-Batterie
Sekundärzellen:  Bleiakkumulator | Natrium-Schwefel-Akkumulator | Nickel-Cadmium-Akkumulator | Nickel-Eisen-Akkumulator | Nickel-Metallhydrid-Akkumulator | Nickel-Wasserstoff-Akkumulator | Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator | Lithium-Ionen-Akkumulator | Lithium-Mangan-Akkumulator | Lithium-Polymer-Akkumulator | Lithium-Titanat-Akkumulator | Vanadium-Redox-Akkumulator
Ausführungen:  Akkumulator | Batterie | Brennstoffzelle | Konzentrationselement | Redox-Flow-Zelle | Bestandteile: Halbzelle (Donator- und Akzeptorhalbzelle)