Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Zink-Polyiodid-Flussbatterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für den Einsatz als Stromspeicher an regenerativen Energieerzeugungsanlagen

 

Redoxflussbatterien bieten eine günstige Option zur Speicherung elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen. Bei diesen wird der Elektrolyt aus Tanks durch die Zelle gepumpt wird, sodass sich Leistung und Energieinhalt der Batterie unabhängig voneinander skalieren lassen.

Eine vielversprechende Alternative zur Vanadium-Redoxflussbatterie stellt die Zink-Polyiodid-Batterie dar. Diese besitzt eine ca. 10-fach höhere volumetrische Energiedichte, die zum einen aus der viel höheren Löslichkeit der aktiven Spezies gegenüber Vanadium-Ionen, und zum anderen aus der Möglichkeit eines der beiden Elektrolytvolumina sehr klein wählen zu können, resultiert. Weitere Vorteile sind der relativ niedrige Preis von Zink und das niedrige Gefahrenpotential, da keine starke Säure oder Base als Elektrolyt eingesetzt werden muss.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer zyklenstabilen Zink-Polyiodid-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Anwendung als Energiespeicher von regenerativem Strom im großtechnischen Maßstab oder auch als Heimanlage.

Auf der Anodenseite wird die die reversible Zinkabscheidung und -auflösung untersucht und durch die Erprobung verschiedener Additive verbessert. Auf der Kathodenseite soll die langsame Kinetik der Iodid/Triiodid-Reaktion durch Aufbringen geeigneter Katalysator-Materialien auf und in den Graphitfilz beschleunigt werden. Für beide Halbzellen wird außerdem die Elektrolytströmung an und durch die als Elektrodenmaterial genutzten Graphitfilze simuliert und, basierend auf den Ergebnissen, optimiert. Im Projektverlauf soll ein mehrzelliges Funktionsmuster mit einer Leistung von 150 W und einer Kapazität von 600 Wh entworfen, konstruiert u. charakterisiert werden.

Von diesem Projekt können vor allem KMUs, die Batterien oder deren Komponenten herstellen, profitieren. Am Ende des Projekts soll ein neuartiges effizientes, ungefährliches u. kostengünstiges Batteriesystem zur Umsetzung im ind. Maßstab zur Verfügung stehen.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel dieses Vorhabens war die Entwicklung einer mehrzelligen Zink-Polyiodid-Redoxflussbatterie als Kernkomponente von Energiespeichern mit skalierbarer Leistung und Kapazität. Die im Vorhaben entwickelte Zink-Polyiodid-Redoxflussbatterie basiert auf Komponenten, die in idealer Weise von KMU optimiert und gefertigt werden können. Als Beispiele seien hier die Fertigung und Konditionierung von Substraten (z.B. Graphitfilzen) für die Elektroden der Zink-Polyiodid-Batterie, die Fertigung von Zellrahmen und Medienverteilung für Zink- Polyiodid-Batterien und die Produktion von Kunststoff Compounds für die Bipolarplatten genannt.

Die Machbarkeit dieses technologischen Ansatzes wurde im Projektverlauf mit neu entwickelten Elektrolytzusammensetzungen und verschiedenen Bipolarplatten-Flussfeldern demonstriert. Die entwickelte Technologie erlaubte es, die an 100 cm² Einzelzellen gemessenen Leistungsparameter auf größere 250 cm² Zellen und Zellstapel zu übertragen. Es konnten hohe Stromdichten von mehreren 100 mA/cm² und eine stabile Zyklisierung bei 50 mA/cm² erreicht werden.

Einen Schwerpunkt der Entwicklungsarbeiten bildeten Design, Aufbau und Test eines zehnzelliges Funktionsmuster. Mit Hilfe von Strom-Spannungs-Kurven konnten über 350 W Leistung erzielt und damit das Projektziel von 150 W mehr als verdoppelt werden. Das aufgebaute modulare Zellsystem bildet eine gute Basis für die zukünftige Weiterentwicklung der Zink-Polyiodid-Technologie. Die Forschungsergebnisse ermöglichen daher die Erhöhung von Marktchancen und die Erschließung innovativer Verfahren und Märkte durch kleine und mittelständische Unternehmen. Für Zink-Polyiodid-Redoxflussbatterie im Leistungsbereich von einigen Kilowatt besteht in den Marktsegmenten stationäre Energiespeicher für PV-Anlagen, unterbrechungsfreie Stromversorgung und größerer Energiespeicher für Industrie- und Gewerbekunden ein erhebliches Marktpotenzial.