Vanadium-Redox-
Flow-Technologie

Extrem langlebig, sehr sicher und besonders nachhaltig

Die Vanadium-Redox-Flow-Technologie wurde in den 1970er Jahren von der US-Raumfahrtbehörde NASA entwickelt. Mit seinem internationalen Expertenteam hat VoltStorage die ressourcenschonende Speichertechnik nun in den vergangenen Jahren auf ein neues Level gehoben. Kennzeichnend für die Vanadium-Redox-Flow-Technologie ist die Speicherung elektrischer Energie in einer Vanadium-basierten Elektrolytflüssigkeit. Diese Speichertechnologie ist besonders klimafreundlich, da sie ohne seltene Materialien und Konfliktrohstoffe auskommt, vollständig recyclebar ist und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Langlebigkeit aufweist.

Funktionsweise

Vanadium

Das Speichermedium ist ein Vanadium-basierter flüssiger Elektrolyt. Dieser befindet sich in zwei voneinander getrennten Tanks und kann durch einen Redox-Prozess verschiedene Oxidationsstufen annehmen, wodurch Energie gespeichert wird.

Redox

Der Elektrolyt fließt in zwei Kreisläufen durch die Batteriezellen. Wird elektrische Energie gespeichert, erfolgt in der negativen Halbzelle eine Reduktion und in der positiven Halbzelle eine Oxidation des Elektrolyts. Beim Entladen wird dieser Prozess wieder umgekehrt.

Flow

Ein spezielles Pumpsystem leitet den Elektrolyt in und durch die Batteriezellen. Dadurch muss nicht der gesamte Elektrolyt in den Zellen vorgehalten werden und eine Entkoppelung von Kapazität und Leistung wird ermöglicht. Das Pumpsystem wird nur aktiviert, wenn es erforderlich ist.

Positiv geladener Elektrolyttank

Im ungeladenen Zustand befinden sich Vanadium-Ionen mit der Oxidationsstufe 4 im Elektrolyt-Kreislauf. Dadurch nimmt das Elektrolyt eine bläuliche Färbung an. Durch die Zufuhr von zu speicherndem Strom oxidieren die Vanadium-Ionen und nehmen die Oxidationsstufe 5 an. Ist der Speicher vollständig aufgeladen, befindet sich ausschließlich Vanadium 5 im positiv geladenen Elektrolyt-Kreislauf. Das Elektrolyt weist dann eine gelbliche Färbung auf.

Negativ geladener Elektrolyttank

Im ungeladenen Zustand befinden sich Vanadium-Ionen mit der Oxidationsstufe 3 im Elektrolyt-Kreislauf. Dadurch nimmt das Elektrolyt eine grünliche Färbung an. Durch die Zufuhr von zu speicherndem Strom kommt es zu einer Reduktion der Vanadium-Ionen, welche die Oxidationsstufe 2 annehmen. Ist der Speicher vollständig aufgeladen, befindet sich ausschließlich Vanadium 2 im negativ geladenen Elektrolyt-Kreislauf. Das Elektrolyt weist dann eine lilane Färbung auf.

Batteriestack

Der positiv und negativ geladene Elektrolyt wird für den Lade- und Entladeprozesse durch spezielle Batteriezellen geleitet. Die Batteriezellen bestehen aus je zwei Halbzellen, die durch eine Membran getrennt sind. Die Membran ist ionen-durchlässig, sodass beim Lade- und Entladevorgang freiwerdende Ionen durch die Membran in den anderen Elektrolyt-Kreislauf wandern. Die daraus resultierende Redox-Reaktion sorgt dafür, dass elektrische in chemische Energie umgewandelt und gespeichert wird.

Pumpsystem

Der positive und der negative Elektrolyt-Kreislauf verfügen jeweils über ein Pumpsystem. Dieses sorgt dafür, dass die Elektrolyt-Flüssigkeit in die Batteriezellen geleitet wird.

Redox-Flow Batteriezelle von VoltStorage

Bipolar-Platte

Die Bipolar-Platte dient als Elektrode einer Redox-Flow-Batteriezelle. Sie sorgt damit für die elektrische Leitfähigkeit, die materialseitig dadurch gesteigert wird, dass besonders leitfähige und korrosionsbeständige Materialien verwendet werden, wie z.B. Graphit.

Ionen-Austauschmembran

Die transparente und dünnschichtige Ionen-Austauschmembran trennt die positiv und negativ geladene Halbzelle. Die Membran gewährleistet einen selektiven Ionen-Austausch zwischen den Halbzellen, der für die Stromspeicherung bzw. -abgabe notwendig ist.

Graphit-Filz

Der elektroaktive Bereich befindet sich in der Mitte und ist vollständig mit einem Graphit-Filz gefüllt. Der feinmaschige Filz ist sehr großflächig und verbessert dadurch den elektrochemischen Redox-Prozess und kann gleichzeitig gut vom Elektrolyt durchströmt werden. Über den engen Kontakt mit der Ionen-Austauschmembran kommt es zu einem Ladungsaustausch zwischen den unterschiedlich geladenen Halbzellen.

Zellrahmen mit Elektrolyt-führenden Kanälen

Der Zellrahmen der Redox-Flow Batteriezellen von VoltStorage verfügt über mehrere kleine Elektrolyt-führende Kanäle. Diese dienen der gleichmäßigen Zuleitung des Elektrolyt zum elektroaktiven Bereich der Batteriezellen.

Vanadium-Redox-Flow-Batteriezellen

Die Zellen einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie bestehen aus je zwei Halbzellen. Jede Halbzelle setzt sich aus einem Rahmen mit Kanälen für die Elektrolytzufuhr zum elektroaktiven Bereich zusammen. Der elektroaktive Bereich befindet sich in der Mitte und ist vollständig mit einem Graphit-Filz gefüllt. Getrennt werden die Halbzellen durch eine Ionen-Austauschmembran. Jede Batteriezelle wird von zwei Bipolar-Platten umschlossen.

Technologische Vorteile

Langlebig

Speichersysteme auf Basis der Redox-Flow-Technologie können beliebig oft be- und entladen werden, ohne an Speicherkapazität zu verlieren. Redox-Flow Speichersysteme gehören damit zu den langlebigsten Speicherlösungen auf dem Markt.

CO2-sparend

Mit der Vanadium-Redox-Flow-Technologie setzen wir auf eine bewährte CO2-sparende Batterietechnologie. Eine Studie der TU München hat ergeben, dass VoltStorage Batterien mit dieser Speichertechnik bis zu 37% weniger C02-Emissionen im Produktionsprozess verursachen als vergleichbare Lithium-Batterien.

Ressourcenschonend

Die Vanadium-Redox-Flow-Technologie kommt ohne seltene Rohstoffe aus. Das im Speichermedium genutzte Vanadium wird als Nebenprodukt bei der Eisenproduktion gewonnen – und damit ohne Raubbau an der Natur und den damit verbundenen Auswirkungen auf unsere Ökosysteme.

100% nicht entflammbar

Betriebssicherheit spielt bei der Speicherung von Energie eine große Rolle. Die Vanadium-Redox-Flow-Technologie bietet hier große Vorteile: Der Vanadium-basierte Elektrolyt besteht ausschließlich aus nicht-brennbaren Komponenten – darunter zu sehr großen Teilen reines Wasser.

VoltStorage Battery Stack and Engineer

Zukunftsweisende Innovationen

VoltStorage ist kontinuierlich bestrebt, den Status quo zu hinterfragen und neue Maßstäbe im Bereich der Speichertechnologien zu setzen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der ressourcenschonenden Vanadium-Redox-Flow-Speichertechnik leistet VoltStorage einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung wegweisender Batterielösungen im stationären Bereich. Mehr zur aktuellen Forschung und Entwicklung von VoltStorage finden Sie in unserem Innovation Lab.