Forscher erzielen vielversprechende Ergebnisse gegen Kapazitätsverlust in Vanadium-Batterien

Eine in Brasilien durchgeführte Berechnungsstudie könnte dazu beitragen, die Lebensdauer dieser Batterien zu verlängern, die von Energieversorgern und Herstellern häufig verwendet werden

23.11.2023

Ein Artikel von Forschern des Zentrums für die Entwicklung von Funktionsmaterialien (CDMF) in Brasilien beschreibt eine erfolgreiche Strategie zur Verringerung des Ladekapazitätsverlusts in Vanadium-Redox-Durchflussbatterien, die unter anderem von Stromversorgern eingesetzt werden und große Energiemengen speichern können. Das CDMF ist ein von der FAPESP finanziertes Forschungs-, Innovations- und Verbreitungszentrum (RIDC), das an der Bundesuniversität von São Carlos (UFSCar) im Bundesstaat São Paulo angesiedelt ist.

Im Rahmen der Studie wurden Computersimulationen durchgeführt, um herauszufinden, wie das Austreten von Ionen zwischen Anolyt und Katholyt, der so genannte Transportverlust, zur Deaktivierung der Batterie führt und wie dieser Verlust verringert werden kann, um die Ionenkonzentration über die Zeit konstant zu halten. Zunächst schätzten die Forscher die Auswirkungen der Stromdichte, der Konzentration der aktiven Spezies und des Volumenstroms auf den Kapazitätsverlust. In der zweiten Phase wurden die optimalen Bedingungen zur Minimierung des Kapazitätsverlustes auf der Grundlage des Flusses zwischen den Elektrolyttanks in entgegengesetzter Richtung zur Kreuzkontamination (Transport der elektroaktiven Spezies durch die Membran) gesucht.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Stromdichte und die Konzentration der aktiven Spezies die wichtigsten Variablen sind, die den Kapazitätsverlust beeinflussen. Den Forschern zufolge konnte ihr Ansatz die Kreuzkontamination bei verschiedenen Kombinationen der beiden Variablen erfolgreich eindämmen und einen optimalen Fluss zwischen den Elektrolyttanks unter verschiedenen Betriebsbedingungen gewährleisten.

Ernesto Pereira, Letztautor des Artikels und Professor an der UFSCar, wies darauf hin, dass der Hauptvorteil von Redox-Flow-Batterien darin besteht, dass die Elektroden nicht altern, da die elektroaktiven Komponenten in Lösungen gelöst sind, anstatt auf die Elektroden aufgetragen zu werden.

Kommerzielle Vanadium-Redox-Flow-Batterien dürften eine längere Lebensdauer haben als andere Batterietypen, auch wenn die Studie nur in kleinem Maßstab durchgeführt wurde. "Angesichts der langsamen Alterung ist der Verlust an Energieeffizienz aufgrund der Alterung minimal", sagte er.

Die Forscher erklärten, dass sie Flussbatterien rechnerisch untersuchen und analysieren, wobei kommerzielle Batterien als Modell dienen. Dies ist Teil einer umfassenderen Strategie, die auch die Entwicklung neuartiger organischer Substanzen für diesen Batterietyp umfasst.

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Originalveröffentlichung

Luis Felipe Pilonetto, Felipe Staciaki, Eryka Nóbrega, Evaldo B. Carneiro-Neto, Jeyse da Silva, Ernesto Pereira; "Mitigating the capacity loss by crossover transport in vanadium redox flow battery: A chemometric efficient strategy proposed using finite element method simulation"; Chemical Engineering Journal, Volume 474

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