Forschungslabor
Vanadium
Redox-Flow
Vanadium
Redox-Flow

“Next Generation Batteries” für den Heim- und Gewerbespeichermarkt

Die ressourcenschonende Vanadium-Redox-Flow-Technologie ist ein wichtiger Bestandteil des multi-technologischen Ansatzes von VoltStorage. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung dieser Speichertechnik leistet VoltStorage einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung wegweisender Batterielösungen im stationären Bereich.

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.

Vanadium-Redox-Flow Info Graphic

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

Pflanze mit Sonne

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.

Frau auf Wiese bei Sonnenuntergang

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.

Hand mit kleiner Weltkugel

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.

Anwendungsbereiche

VoltStorage customer with battery

Heimspeicher

Dank unseres multi-technologischen Ansatzes können wir wegweisende Batteriespeicherlösungen für sämtliche stationäre Anwendungsbereiche entwickeln, unter anderem für Privathaushalte. In diesem Bereich zeichnen sich diese Systeme besonders durch eine hohe Langlebigkeit ohne Energieverluste sowie eine hohe Sicherheit im Betrieb aus.

Gewerbespeicher

Mit der Vanadium-Redox-Flow-Technologie setzen wir auf eine bewährte und erprobte Technologie, um es Gewerbekunden zu ermöglichen, ihren Energiebedarf in wind- oder sonnenarmen Phasen abzudecken.

Entwicklungsstatus

Seit der Markteinführung unserer Vanadium-Redox-Flow-Batterielösung für Privathaushalte im Jahr 2019 haben wir die Systemzahl kontinuierlich gesteigert. Inzwischen verfügen wir über die größte in Betrieb befindliche Flotte an Flow-Batterien der Welt.

Europakarte

Technologischer Ausblick

Entwicklung eines Gewerbespeichers

Nach erfolgreicher Einführung unserer Heimspeicherlösung auf Basis der Vanadium-Redox-Flow-Batterietechnologie arbeiten wir bereits an der nächsten “Next Generation Battery”: ein VoltStorage Batteriespeicher für gewerbliche Anwendungen – sicher, ressourcenschonend und klimafreundlich.

Damit wollen wir Gewerbetreibenden und Landwirtschaftsbetrieben die Möglichkeit geben, auf ressourcenschonende Batterietechnologien zu setzen. Für 100% erneuerbare Energien rund um die Uhr.

Next Generation: Flow-Batterie-Zellstack

Mit der Entwicklung unseres patentierten Flow-Batteriezelldesigns ist es uns gelungen, einen Batterie-Zellstack für Flow-Batterien zur Serienreife zu bringen, der automatisiert und damit in hohen Stückzahlen produziert werden kann. Basierend darauf arbeiten wir jedoch bereits an der nächsten Generation von Flow-Batterie-Zellstacks.

Die Erfahrungswerte unserer Flow-Batterie-Flotte, sowie die Durchführung von mehr als 1.000 Material- und Komponententests helfen uns dabei, ein neues und perfektioniertes Flow-Batteriezelldesign zu entwickeln. Damit stellen wir die Weichen für die erfolgreiche Entwicklung unserer “Next Generation Batteries”.

Iron-Salt-Technologie: Die günstigste Batterietechnologie der Welt

50€ pro kWh: Dank der konkurrenzlos niedrigen Kosten und der hohen Verfügbarkeit des eisenbasierten Speichermediums hat die Iron-Salt-Technologie großes Potenzial, die “Next Generation Battery” zu werden und die Zukunft der Batteriespeicherung jenseits von Lithium zu prägen.