Funktionsweise

Organic-Flow-Stack
Der Energiewandler im Organic-Flow-System

Technologie

Leistung und Kapazität können unabhängig voneinander skaliert werden. Die Kapazität wird durch die Größe der Tanks und die Leistung durch die Anzahl der Energiewandler bestimmt.

 

Bei der Reduktion nehmen die Elektrolyte Elektronen auf, bei der Oxidation geben die Elektrolyte Elektronen ab. Beide Vorgänge müssen räumlich voneinander getrennt in den Anoden- bzw. Kathodenräumen des Energiewandlers ablaufen. Die gespeicherte chemische Energie wird durch eine Redox-Reaktion an den beiden Elektrodenoberflächen in Strom umgewandelt. Beim Ladevorgang wird umgekehrt Strom zugeführt und die Redox-Reaktion umgekehrt.

Funktionsweise

Während der Lade- und Entladevorgänge werden die Elektrolyte – Posolyt und Negolyt – kontinuierlich durch die Zellen des Stacks gepumpt, daher der Begriff „Flow“. Der Begriff „Redox“ leitet sich von chemischen Reaktionen ab, die im Energiewandler-Stack ablaufen.

Energiewandler-Stacks

Die Stacks bestehen aus seriengeschalteten Halbzellen. Anoden- und Kathodenhalbzelle sind paarweise durch eine halbdurchlässige Membran verbunden, die selektiv Ionenwanderung zulässt, um den notwendigen Ladungsausgleich zu ermöglichen, aber die Vermischung der beiden Elektrolyte verhindert.

 

In den Stacks finden die beiden elektrochemischen Reaktionen, die Oxidation und die Reduktion, räumlich voneinander getrennt statt. Die Leistung der Flow-Batterie hängt vom Material und der Fläche der Elektroden sowie der Kinetik des Redox-Prozesses an der Elektrodenoberfläche ab, also einer intrinsischen Eigenschaft des Elektrolyten.

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Elektrolyt

Eingesetzt werden zwei wässrige organische Aktivmaterialien. Als Negolyt dient eine organische Verbindung auf Basis eines speziell entwickelten optimierten aromatischen Ringsystems. Der Posolyt ist eine gängige organische Komplexverbindung.

 

Das organische Aktivmaterial kann mittel-bis langfristig aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden. Eine mögliche Quelle ist Lignin, das jährlich zu ca. 20 Milliarden Tonnen weltweit bei der Zellstoffproduktion entsteht und für das es bislang keine sinnvolle Verwendung gibt. Durch gezielte Aufspaltung des Lignins sind die Vorläuferverbindungen zugänglich, aus denen sich die organischen Aktivmaterialien herstellen lassen.

Skalierbare Leistungselektronik

Systemabgestimmte, skalierbare Wechselrichter zum AC-seitigen Netzanschluss sind Bestandteil des Systems. Zum Einbinden in bestehende PV- und Speicheranwendungen stehen ebenfalls Lösungen mit DC/DC-Wandlung zur Verfügung.

Tanks

Die beiden Elektrolyt-Lösungen werden in separaten Tanks gelagert. Über Rohrsysteme zirkulieren sie durch die Anoden- bzw. Kathodenräume der Stacks.

Managementsysteme

Ein Monitoring-System überwacht und ein Batteriemanagementsystem steuert die Vorgänge elektrisch und hydraulisch. Das BMS kann zudem in ein übergeordnetes Energiemanagementsystem integriert werden.