Die Chemie der Redox‐Flow‐Batterien

Abstract

Aufgrund der besonderen Eigenschaft der getrennten Skalierbarkeit von Energie und Leistung und der damit verbundenen potenziell niedrigen Energiespeicherkosten haben sich die Entwicklungen von unterschiedlichen Redox-Flow-Batterien zur Speicherung für fluktuierende erneuerbare Energien in den letzten Jahren intensiviert, was zu einem deutlichen Zuwachs an wissenschaftlicher Literatur geführt hat. Aus diesem Grund wird, anhand einer streng systematischen Einteilung und einem Fokus auf die Chemie der Elektrolyte, ein umfassender und kritischer Überblick über die Eigenschaften dieser Batterien und ihr zukünftiges Entwicklungspotenzial gegeben

Redox‐Flow‐Batterien im Unterricht

“…Daher sind die Membranen für Redox‐Flow‐Batterien von entscheidender Bedeutung. In technischen Redox‐Flow‐Batterien werden unterschiedliche Membranen eingesetzt, dabei unterscheidet man zwischen mesoporösen Seperatoren, ionischen Austauschermembranen und Kompositmembranen, welche kurz dargestellt werden sollen .…”

“…Hierfür werden Ionenaustauscher‐Materialien (Ionomere‐Lösungen) oder anorganische Füllstoffe wie Orthomethylsilicate verwendet . Durch diesen Vorgang wird die Porengröße des Polymers verkleinert, sodass größere Ionen nicht mehr durch das Polymernetz diffundieren können, ohne dass die Protonenleitfähigkeit beeinträchtigt wird .…”

“…Je nachdem welche Ladung die stationäre Phase der Membran trägt, ist sie entweder nur für Anionen oder nur für Kationen durchlässig. Daher unterscheidet man zwischen kationischen und anionischen Austauschermembranen .…”

“…Anionische Austauschermembranen weisen gegenüber den kationischen eine höhere Selektivität auf. Dies führt zu einer höheren Stromausbeute in Redox‐Flow‐Batterien – doch auch bei diesen Membranen ist das Fouling zu beobachten .…”

“…Kompositmembranen bestehen ebenfalls aus einem Grundpolymer, bei welchem die Porengröße durch Einbringen von anorganischen Stoffen nach dem Sol‐Gel‐Verfahren verkleinert werden soll, um die Permselektivität (= Eigenschaft nur für bestimmte Moleküle durchlässig zu sein) zu erhöhen. Als Grundpolymere werden Nafion oder teilfluorierte SPEEK eingesetzt ; typische anorganische Zusätze sind Silikate, Zirconiumphosphate oder Polywolframate.…”