Batterien

In herkömmlichen Sekundärbatterien (wiederaufladbarer = Akku) wird die Energie in der aktiven Masse der Elektroden gespeichert. Auch eine Flow-Batterie ist ein Akku, hier wird die Energie jedoch mithilfe einer elektroaktiven, in flüssigem Elektrolyt gelösten, Spezies gespeichert.

Die Elektrolyte werden von externen Tanks aus durch die elektrochemische Zelle gepumpt, die die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt und umgekehrt. Hierbei wird die Leistung durch die Größe und das Design der elektrochemischen Zelle bestimmt, die Energie dagegen durch die Größe der Tanks.

Durch die getrennte Aufbewahrung der aktiven Stoffe und der reaktiven Punktquelle ist eine Flow-Batterie eigensicher. Weitere Vorteile liegen in den kurzen Reaktionszeiten, der hocheffizienten Strom-zu-Strom-Umwandlung, der einfachen Ladezustandsanzeige auf Grundlage der elektroaktiven Konzentrationen, dem niedrigen Wartungsbedarf, der Toleranz gegenüber Über- und Überentladung sowie die Tiefentladefähigkeit ohne Einfluss auf die Lebensdauer.

Mit diesen Eigenschaften sind Flow-Batterien in zahlreichen stationären Anwendungen einsetzbar.

Bei Flow-Batterien wird zwischen Redox-Flow-Batterien und Hybrid-Flow-Batterien unterschieden.

Bei Redox-Flow-Batterien (RFB) sind alle Reaktanten und Produkte der elektroaktiven Stoffe von der Stromumwandlungsstelle getrennt.

In einer Hybrid-Flow-Batterie (HFB) befindet sich eine aktive Masse innerhalb der elektrochemischen Zelle, die andere in einem Tank mit dem flüssigen Elektrolyten. Wie bei herkömmlichen Sekundärbatterien hängt die Kapazität daher von der Größe der elektrochemischen Zellen ab.

Chemische Zusammensetzungen mit einem höheren Elektrodenpotenzial erhöhen zwar die Effektivität der Batterie, aber auch die Anforderungen an den Werkstoff: herkömmliche Kohlenstoffelektroden sind bei über 1V SHE nicht mehr stabil. Darüber hinaus verstärken größere Oberflächen den Stromfluss durch die Batterie. Daher sind titanbeschichtete Elektroden oft nicht nur das Mittel der Wahl, sondern bei einigen Redox-Systemen die einzige technische Möglichkeit.

In den vergangenen Jahren hat De Nora einen neuen Elektrokatalysator sowie Kathoden für die Brom-/Bromid-Umwandlung in Zn-Brom HFB entwickelt.
Auf Anfrage ist auch die Entwicklung spezieller Elektroden für chemisch unterschiedlich zusammengesetzte RFBs und HFBs möglich.

Wegen der Aufbewahrung des Elektrolyts in externen Tanks haben Flow-Batterien (RFB) gegenüber Lithium-Ionen- oder Bleibatterien den Vorteil einer Entkopplung von Leistung und Kapazität.  Weitere Vorteile liegen in den Bereichen Sicherheit, der Tiefentladefähigkeit im Laufe der Zeit sowie der Verhinderung einer automatischen Entladung. 

Chemische Zusammensetzungen mit einem höheren Elektrodenpotenzial erhöhen zwar die Effektivität der Batterie, aber auch die Anforderungen an den Werkstoff.  Darüber hinaus verstärken größere Oberflächen den Stromfluss durch die Batterie. Daher sind titanbeschichtete Elektroden oft nicht nur das Mittel der Wahl, sondern bei einigen Redox-Systemen die einzige technische Möglichkeit.  Eine Untersuchung der international renommierten Case Western Reserve University ergab, dass herkömmliche Kohlenstoffelektroden bei über 1V SHE nicht mehr stabil sind.