Die Redox-Flow-Zelle als Energiespeicher

Inhalt

 

1. Grundlagen

2. Aufbau Redox-Flow-Zelle

3. Organische Redox-Flow-Zelle

4. Anorganische Redox-Flow-Zelle

5. Vor- und Nachteile der Redox-Flow-Zelle

6. Einsatz im Auto "Quant e"

9. Quellen

 

 

1. Grundlagen

 

Bei der Redox-Flow-Zelle handelt es sich um eine Batterie, die Energie in chemischer Form in flüssigen, metallischen oder organischen Elektrolyten speichert. Die beiden Elektroden der Zelle befinden sich je in einem Elektrolytbehälter. Damit ein Ionenaustausch zwischen den beiden Behältern stattfinden kann, sind diese über eine Membran miteinander verbunden.

 

 

2. Aufbau Redox-Flowzelle

 

Redox-Flow-Zelle
Redox-Flow-Zelle

 

3. Organische Redox-Flow-Zelle

 

Einer der Nachteile der Zelle, die verhinderten das dieser Energiespeicher im groen Stil eingesetzt wurde, waren die hohen Kosten. Sie lagen bisher bei ca. 700.-je kWh. Forscher an der Harvard-Universität haben nun einen organischen Energiespeicher entdeckt, der die Kosten drastisch auf unter 100.-$ reduzieren kann. Der reine Materialpreis soll sogar bei lediglich 27.-/kWh liegen.

 

Als Material kommen Chinone zum Einsatz. Mit diesem konnten die Forscher erstmalig zeigen, das nicht nur Metallionen sondern auch organische Verbindungen zum speichern von Energie verwendet werden können.

 

Bisher enthält bei Dieser Zelle nur einer der beiden Energiespeicher die organische Verbindung, während für den anderen Tank noch giftiges Brom enthält.

 

Eine andere günstige Alternative die nur mit Salzlösungen in 2 x 200 Litertanks arbeitet, ist die nanoFLOWCELL. Mehr dazu finden Sie im Kap. 5. Einsatz im Auto "Quant e"

 

 

4. Anorganische Redox-Flow-Zelle

 

Die Firma EnerVault hat eine Redox-Flowzelle entwickelt, die mit den anorganischen Materialien Eisen und Chrom arbeitet. In Verbindung mit Wasser ergibt sich so eine neue Redox-Flowzellentechnologie, die bei einem Fünftel der Kosten einer bisherigen Redox-Flowzelle liegen soll.

 

Bereits in den 70er Jahren gab es Versuche die Materialien Eisen und Chrom in so einem Zellentypen zu verwenden. Dabei entstand durch die chemische Reaktion auch Wasserstoff, der das Eisen und Chrom angreift. Nach Angaben der Firma, haben Sie dies Problem gelöst, indem der Prozess umgekehrt werden kann. Dadurch sollen die Lösungen bis zu 20 Jahre lang verwendet werden können.

 

 

 

5. Vor- und Nachteile der Redox-Flow-Zelle

 

Der Vorteil der Redox-Flow-Zelle liegt in der geringen Selbstentladung und einem Wirkungsgrad von ca. 75%. Die Leistungsdichte entspricht in etwa dem einer Autobatterie, wobei in neuester Zeit hoffen lassen, das die Leistungsdichte durch Verwendung neuer Materialien und Lösungen erhöht werden kann.

 

Wenn die Energie in den Elektrolyten abgegeben wurde, kommt der größte Vorteil dieser Zelle zum Tragen. Die beiden Elektrolyte können einfach abgelassen und relativ schnell und unkompliziert durch neues Elektrolyt erneuert werden. Es wäre somit möglich, vorhandene Tanksysteme weiterhin zu nutzen. Ein Betanken sollte somit nicht länger als das normale Tanken von Benzin dauern. Die Elektrolyte können in Tankwagen transportiert werden. Alternativ ist es möglich, die Energie direkt an der Tankstelle durch Solarzellen zu nutzen, um die Elektrolyte wieder aufzuladen.

 

Alternativ können die Elektrolyte auch direkt in der Zelle wieder aufgeladen werden. In einem geschlossenen System müssen die Elektrolyte erst nach ca. 40 Jahren ausgetauscht werden.

 

Die Zellen wurden und werden weiter verkleinert, so das in baldiger Zukunft auch ein Einsatz im Auto weiter in den Fokus rückt. Beste Beispiel ist der geplante Supersportwagen "Quant e" (siehe Kap. 6.)

 

 

6. Einsatz im Auto "Quant e"

 

Das Liechtensteiner Unternehmen NANOFLOWCELL AG stellte am Autosalon in Genf den Elektrosportwagen Quant-E vor, der nicht geladen sondern betankt werden kann.

 

Zum Einsatz kommt eine Redox-Flowzelle, mit einer Leistung von 600Wh/L. Die neue Zelle basiert auf der Redox-Flowtechnologie, die bereits 1976 für die NASA entwickelt wurde. Im Gegensatz zur Ursprungstechnologie, hat die neue Redox-Flowzelle eine 5-fach höhere Energiedichte. 

 

Die beiden Tanks für die Elektrolytlösungen sollen soviel Elektrolyt aufnehmen können, das der Wagen mit einer Tankfüllung 480-600 km weit fahren kann. Die Gesamtenergiemenge die an Bord gespeichert wird, beträgt laut Herstellerangaben 120 kWh. Der Tankinhalt der Elektrolytspeicher beträgt 2x200 Liter.

 

Der Vorteil zu herkömmlichen Akkupacks als Energiespeicher liegt klar auf der Hand. Sobald die Elektrolytlösungen ihre Energie abgegeben haben, kann der Wagen an eine Tankstelle fahren. Dort wird zuerst die energiearme Elektrolytlösung abgelassen, und danach die Energieangereicherte getankt. Somit hängt die Dauer eines Tankstopps lediglich von der Leistung der Elektrolytpumpen an der Tankstelle ab und dürfte unter der Zeit liegen, die ein Elektroauto braucht um über eine Hochstromsteckdose aufgeladen zu werden. Genaue Daten hierzu sind bisher nicht bekannt.

 

Der geplante Elektrosportwagen soll eine Dauerleistung von 480 KW (653 PS), und als Peak eine Gesamtleistung von 680 KW (925 PS). Das Peakdrehmoment je Rad soll 2900 Nm betragen. Der Antrieb erfolgt über 4 Radnarbenmotoren. Die Beschleunigung soll von 0-100 km/h unter 3 Sekunden liegen. Es bleibt zu hoffen, das bald auch Modelle auf dem Markt kommen, die für jederman bezahlbar sind.

 

Ich sehe für die Redox-Flowtechnologie eine gute Zukunft. In Verbindung mit einem Windkraftwerk oder Solarzellen neben der Tankstelle, könnten die energiearmen Elektrolyte direkt vor Ort wieder aufgetankt werden. Ein Transport über Pipelines zu nahegelegenen Ladestationen wäre auch denkbar.