Redox-Flow Entwicklung bei VoltStorage

Redox-Flow Entwicklung bei VoltStorage

Wie VoltStorage bei der Weiterentwicklung der Redox-Flow Technologie neue Standards setzt.

München, 4. Februar 2020 – Seit 2018 bietet VoltStorage das weltweit erste kosteneffiziente Heimspeichersystem auf Basis der ökologischen Redox-Flow Technologie an. Dank patentierter Produktionsautomatisierung und technologischer Weiterentwicklungen ist es VoltStorage gelungen, eine im Großspeichersegment seit Jahren äußerst erfolgreiche Speichertechnik erstmals für den Massenmarkt verfügbar zu machen.

Um die VoltStorage Heimspeicherlösungen kontinuierlich weiterzuentwickeln und neue technologische Standards zu setzen, verfügt VoltStorage über eine eigene Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Diese setzt sich aus internationalen Redox-Flow Experten aus Deutschland, Brasilien, England und den USA zusammen. Eine wichtige Zielsetzung der Forschungsaktivitäten von VoltStorage ist die Weiterentwicklung der Redox-Flow Batteriezellen und der dafür benötigten Komponenten und Materialien.

Materialforschung wichtiger Arbeitsschwerpunkt der Redox-Flow Entwicklung

Im Fokus der Material- und Komponentenforschung stehen dabei die drei zentralen Bestandteile von Redox-Flow Batteriezellen: (1) Der Graphit-Filz, der für die gleichmäßige Verteilung der Elektrolytflüssigkeit in den Halbzellen benötigt wird, (2) die Bipolar-Platte, die als Elektrodenmaterial dient und damit die elektrische Leitfähigkeit sicherstellt, sowie (3) die Ionen-Austauschmembran, die die Stromspeicherung bzw. abgabe durch einen Ladungsaustausch zwischen den Halbzellen ermöglicht.

Für den Test verschiedener Materialien kommen sogenannte Kleinzellen zum Einsatz, die dem grundlegenden Aufbau einer Redox-Flow Batteriezelle entsprechen. Das VoltStorage Forschungsteam setzt dabei auf selbst-entwickelte Kleinzellen, die ein größere Aktivfläche aufweisen und damit validere Ergebnisse liefern als herkömmliche Kleinzellen. „Mit unseren kontinuierlichen Materialtests verfolgen wir das Ziel, neue Komponenten zu identifizieren, die eine höhere Leitfähigkeit aufweisen und damit zur Effizienzsteigerung des Gesamtsystems beitragen“, erklärt VoltStorage-CTO und Co-Gründer Michael Peither, der bereits 2016 initial an den ersten Redox-Flow Zellen gearbeitet hat.

Mehr als 300 durchgeführte Materialtests in 2019

Allein im vergangenen Jahr hat das Forschungs- und Entwicklungsteam von VoltStorage über 120 verschiedene Materialien und Komponenten in mehr als 300 Kleinzellen getestet und analysiert. Dabei wurden beispielsweise verschiedene Aktivierungsverfahren und Größen der Graphit-Filze erprobt, um den Leitfähigkeit in den Batteriezellen – und damit die Gesamteffizienz – zu erhöhen. „Die Testmöglichkeiten sind aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Materialien und Hersteller enorm. Bislang haben wir uns ausschließlich auf die marktführenden Hersteller konzentriert. In den kommenden Monaten werden wir jedoch den Fokus auch auf jene Anbieter legen, die noch keine große Marktdurchdringung erreicht haben. Dadurch wollen wir neue Effizienz- aber auch Einsparungspotentiale schöpfen“, erklärt Redox-Flow Experte Dr. Antonio dos Santos.

Kooperationen mit wichtigen Zellmaterial-Anbietern

Die meisten am Markt verfügbaren Materialien und Komponenten sind nicht für den Einsatz in Redox-Flow Batteriezellen, sondern für andere Anwendungsfälle optimiert – z.B. für die Entwicklung von Brennstoffzellen. Daher sind Entwicklungskooperationen mit führenden Material-Herstellern notwendig, um neue technologische Standards im Redox-Flow Bereich setzen zu können. „Bei allen drei Kernkomponenten (Filze, Membran und Bipolar-Platte) stehen wir im direkten Austausch mit den Materialentwicklern der jeweiligen Herstellern. Dabei entwickeln wir iterativ neue Materalien, die für den Einsatz in unseren Speichersystemen optimiert sind“, erklärt VoltStorage-CTO Michael Peither.

Redox-Flow Zellaufbau

Eine Redox-Flow Batteriezelle besteht aus zwei Halbzellen. Jede Halbzelle setzt sich aus einem Rahmen mit Flüssigkeitskanälen zusammen, in dessen Mitte sich ein großflächiger Graphit-Filz befindet. Getrennt werden die beiden Halbzellen durch eine Ionen-Austauschmembran. Umschlossen wird jede Batteriezelle von zwei Bipolar-Platten.

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 dafür verwendet werden, wie z.B. Graphit.

Ionen-Austauschmembran

Die transparente und dünn schichtige Ionen-Austauschmembran trennt die positiv und negativ geladene Halbzelle und sichert somit die Trennung der beiden unterschiedlich geladenen Elektrolyt-Kreisläufe. Sie ermöglicht ausschließlich einen Ionen-Austausch zwischen den Halbzellen, der für die Stromspeicherung bzw. -abgabe notwendig ist.

Graphit-Filz

Über die Flüssigkeitskanäle im Zellrahmen wird der positiv bzw. negative geladene Elektrolyt, der als Speichermedium dient, in die entsprechende Halbzelle geleitet.

Der Elektrolyt wird dort vom großflächigen Graphit-Filz aufgenommen und gleichmäßig in den beiden Halbzellen verteilt, damit es über die Ionen-Austauschmembran zu einem Ladungsaustausch zwischen den unterschiedlich geladenen Halbzellen kommen kann.

Abschließende Prototypentests

Materialien und Komponenten, die im Rahmen der Kleinzellen-Tests positive Ergebnisse aufweisen, werden im nächsten Schritt in Prototypen-Systemen getestet. Dabei handelt es sich um Systeme, die mit Ausnahme der zu testenden Materialien dem Aufbau eines Seriensystems entsprechen. Diese werden im VoltStorage Labor unter realen Nutzungsbedingungen betrieben und eingehend analysiert. Erst wenn auch in diesem Testverfahren positive Ergebnisse vorliegen, kommen die entsprechenden Materialien für den Einsatz in der Serienproduktion in Frage. „Auf Basis unserer zahlreichen Tests in den vergangenen zwölf Monaten haben wir allen voran im Bereich der Graphit-Filze aber auch der Ionen-Austauschmembran neue Materialien identifizieren und entwickeln können, die wir bereits in die Serienproduktion überführt haben bzw. zeitnah überführen werden“, berichtet VoltStorage-CTO Michael Peither von den bereits erzielten Ergebnissen der VoltStorage Materialforschung.

Mehr über VoltStorage

VoltStorage entwickelt und produziert Solarstromspeicher auf Basis der ökologischen Redox-Flow-Technologie,. Mit den nachhaltigen Speicherlösungen verfolgt VoltStorage die Vision, 100% Erneuerbare Energien rund um die Uhr verfügbar zu machen – und so die Welt sauberer und fairer zu gestalten.

VoltStorage ist das weltweit erste Unternehmen, das die im Großspeichersegment seit Jahren erfolgreiche Redox-Flow-Technologie als Heimspeicherlösung für Privathaushalte verfügbar macht. Möglich machte dies ein von VoltStorage zum Patent angemeldetes Produktionsverfahren, das erstmals eine automatisierte und damit kostengünstige Fertigung von Redox-Flow-Batterien erlaubt.

Mit der Redox-Flow-Technologie kann das Unternehmen eine Speichertechnik im Massenmarkt etablieren, die ohne seltene Materialien und Konfliktrohstoffe auskommt, vollständig recyclebar ist und zudem eine hohe Betriebssicherheit und Langlebigkeit aufweist.