Technologieberatung

Was sind Flussbatterien?

Keine Angst, wir ersparen Ihnen an dieser Stelle elektrochemische Details.

Flussbatterien oder Redox-Flow-Batterien sind elektrochemische Energiespeicher mit flüssigem Speichermedium. Diese Eigenschaft ermöglicht einerseits die unabhängige Skalierbarkeit von Leistung (kW) und Speicherkapazität (kWh). Andererseits entfallen dadurch viele Alterungsmechanismen wie Dendriten-Wachstum oder Degradation der Kristallstruktur, welche beispielsweise die Lebensdauer von Bleibatterien und Lithium-Ionen-Batterien limitieren. Flussbatterien können daher treffender als „Speicher-Maschine“ bezeichnet werden und erreichen Zyklen-Lebensdauern von weit mehr als 10.000 Vollzyklen.

Flussbatterien bestehen im Wesentlichen aus Kunststoff- und Kohlenstoff-Komponenten sowie zwei voneinander getrennten Elektrolytlösungen. Diese Elektrolytlösungen bestehen ihrerseits aus einem meist sauren oder alkalischen Basiselektrolyten, in dem die elektrochemisch aktiven Redox-Spezies gelöst sind.

Als Redox-Spezies kann beispielsweise Vanadium zum Einsatz kommen – die zuverlässige Funktion von Vanadium-Flussbatterien wurde weltweit in hunderten von Batterieanlagen nachgewiesen. Das eingesetzte Vanadium wird nicht verbraucht; man kann es gewissermaßen als gewinnbringend eingesetzte Rohstoffanlage betrachten.

Weltweit gibt es aktuell eine Vielzahl von Bestrebungen, organische Moleküle als geeignete Redox-Spezies für Flussbatterien zu entwickeln. Die Motivation dahinter liegt in der Nutzung günstiger Rohstoffe und Syntheserouten sowie der Unabhängigkeit von metallischen Rohstoffen. Einige organische Flussbatterie-Systeme stehen an der Schwelle zur Markreife.

Wie sind Flussbatterien aufgebaut?

Im Wesentlichen besteht eine Flussbatterie aus Wandler, Prozess-System und Steuerung:

Die sogenannten Stacks sind die elektrochemischen Wandler, welche über die installierte Reaktionsfläche die Leistung (kW) der Batterie bestimmen. Die Stacks sind die Kernkomponente einer Flussbatterie.
Das Prozess-System hält die beiden Elektrolytlösungen vor und stellt diese den Wandlern in geeigneter Weise angepasst an den aktuellen Betriebszustand zur Verfügung. Die Größe der Tankbehälter bestimmt dabei die Speicherkapazität (kWh) der Batterie. Die Elektrolytlösungen zirkulieren in ihren jeweiligen Fluidkreisläufen und werden dabei nicht verbraucht.
Die Steuerung bzw. das Batterie-Management-System sorgt dafür, dass die Flussbatterie in Hinblick auf Verfügbarkeit, Effizienz und Lebensdauer im optimalen Betriebszustand läuft.

Über diese Kernkomponenten hinaus besteht ein Flussbatterie-Speicherkraftwerk aus Leistungselektronik und Komponenten für den Netzanschluss, einer Einhausung und Maßnahmen zur Klimatisierung sowie aus einem Energie-Management-System. Letzteres steuert Lade- und Endlade-Betrieb bzw. allgemein den Einsatz der Batterie gemäß den Anforderungen des Betreibers.

Wie entwickelt man eine Flussbatterie?

Flussbatterien sind eine vielversprechende Energiespeicher-Technologie für künftige Energieversorgungs-Systeme. Flussbatterien sind aber auch komplexe, multiphysikalische Systeme, welche für ihre Entwicklung eine interdisziplinäre Zusammenarbeit unterschiedlicher Fachbereiche erfordern: Physik, Chemie, Materialwissenschaften, Elektrochemie, Maschinenbau, Kunststofftechnik, Fertigungstechnik, Verfahrenstechnik, Elektrotechnik, Software-Entwicklung…

Weiterhin gilt es, bei der Auslegung von Flussbatterien vielfältige Optimierungsprobleme zu lösen: auf Material-, Wandler- und System-Ebene gibt es konkurrierende Anforderungen bzgl. Kosten, Leistung, Pumpverlusten und Shunt-Strom-Verlusten. Nur mit einem durchgängigen Systemverständnis und den richtigen Werkzeugen kann hier zügig ein technisch und wirtschaftlich erfolgreiches Produkt entstehen.

Die aus unserer Sicht wichtigsten Entwicklungsfelder lassen sich grob wie folgt einteilen:

Wandler (Stack) – Kosteneffizient nur mit der richtigen Auslegung und zuverlässiger Materialqualifikation.
Elektrolyt – Entwicklung immer mit Blick auf das Gesamtsystem.
System – Anwendungsgetriebene Integration der Schlüsselkomponenten.
Testing – Das A und O einer testgetriebenen Flussbatterie-Entwicklung.
Fertigungs-Prozess – Erst eine gute Umsetzung bringt ein gutes Produkt auch zum Erfolg.
Big Data – Datengetriebene Weiterentwicklung und Optimierung für wechselnde Kundenbedürfnisse.

Nur mit einem durchgehenden Systemverständnis lassen sich die technischen Anforderungen an Flussbatterie-Systeme und deren Komponenten zugig zu einem erfolgreichen Produkt umsetzen.

Basis-Schulung: Flussbatterien-Technologie

Sie sind Komponenten-Hersteller, System-Integrator oder prüfen prinzipiell mit Ihrer Firma einen Einstieg in das Flussbatterie-Geschäft?

Unser Programm zur Basis-Technologie-Schulung für Redox-Flow-Batterien (RFB) erlaubt Ihnen einen schnellen thematischen Einstieg oder eine kompetente Festigung Ihres bisherigen Wissensstands.

Ersparen Sie sich Einarbeitungs-Aufwand Ihrer Mitarbeitenden – die Plätze im Markt werden in naher Zukunft vergeben. Ersparen Sie sich falsche Entwicklungs-Paradigmen – viele Fehlstarts sind vermeidbar.

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Basis-Schulung: Flussbatterie-Technologie

ab 2.400,- € (online oder vor Ort zzgl. Reisekosten)

Preise zuzüglich der gesetzlichen Mwst.

Umfang: Zwei Vortrags-Blöcke à 2 h Vortrag und 30 min Q&A

Inhalte:

RFB-Technologiebasis: Technologie, Markt, Entwicklungsbedarf
Aufbau RFB-System: Anlage, Container, Modul, Auslegung
RFB-Elektrochemie: Einordnung RFB, Thermodynamik, Kinetik, Verlustmechanismen
Aufbau RFB-Stack (Wandler): Komponenten, Auslegung, Verluste

Über FB-TEST-DEV

Redox-Flow-Batterien stehen unmittelbar vor dem Übergang in die breite wirtschaftliche Nutzung im Bereich der industriellen Energiespeicherung. Wir unterstützen Ihr Unternehmen dabei, die hiermit verbundenen Chancen zu nutzen: Unsere Experten für Flussbatterie-technik und -Engineering, Softwareentwicklung und Projektsteuerung beschleunigen Ihr Entwicklungsvorhaben und ersparen Ihnen zugleich Risiko und Kosten.