Hernieuwbare energiebronnen kunnen fluctueren in de hoeveelheid stroom die ze kunnen leveren. Daarom worden batterijen gebruikt om de energie tijdelijk op te slaan. Het probleem met lithium-ionbatterijen is hun korte levensduur, terwijl redox flow-batterijen hebben, daten, kostenbesparend geweest. Nutsvoorzieningen, echter, innovatieve nieuwe redox flow-systemen zijn verkrijgbaar tegen dezelfde prijs als lithium-ionbatterijen, en gaan twee keer zo lang mee. Volterion is een spin-off van het Fraunhofer Institute for Environmental, Veiligheid en energietechnologie UMSIHT, en is erin geslaagd de betrokken productiekosten drastisch te verlagen.

Onze stroomvoorziening is in toenemende mate afhankelijk van hernieuwbare energiebronnen. Echter, hun stroomopwekkingsoutput fluctueert sterk - en vraagt ​​om een ​​medium om die elektrische energie op te slaan totdat het nodig is. Krachtige batterijsystemen zijn ook een integraal onderdeel van andere moderne technologie, zoals elektromobiliteitsoplossingen. Het rooster is niet uitgerust, bijvoorbeeld, om snellaadstations met een vermogen van 350 kilowatt te huisvesten. Het elektriciteitsnet dekt evenmin alle plaatsen waar het verstandig zou zijn om dergelijke stations te plaatsen. Lithium-ionbatterijen zijn van beperkt nut in dergelijke scenario's, niet in de laatste plaats vanwege hun tekortkomingen met betrekking tot de duurzaamheid van de cyclus. Twee tot drie jaar opladen en twee of drie keer per dag leegmaken van dergelijke batterijen zou ze onbruikbaar maken. Niet zo redox flow batterijen, die superieure cyclusduurzaamheid bieden. Ze zijn ook onbrandbaar, recyclebaar en gemakkelijk aan te passen voor zowel capaciteit als prestaties. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor toepassingen waarbij batterijen zwaar worden belast. Maar tot nu toe, ondanks deze voordelen, ze zijn gewoon te duur geweest.

De eerste betaalbare redox flow batterijen

Onderzoekers van Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen hebben de kosten voor de productie van redoxflow-batterijen drastisch kunnen verlagen. De innovatieve nieuwe batterijen worden vervaardigd en op de markt gebracht door de Fraunhofer spin-off Volterion. Om te begrijpen hoe de onderzoekers de redoxflow-batterij hebben geoptimaliseerd, we moeten even kijken hoe deze batterijen worden gemaakt. Redox flow batterijen bestaan ​​uit stapels, die op hun beurt bestaan ​​uit elektrochemische cellen om de elektrische energie om te zetten in chemische energie, en elektrolytvloeistoftanks om die chemische energie op te slaan. Deze stapelstructuur is de belangrijkste reden waarom redoxflow-batterijen zo duur zijn.

Echter, als Dr. Thorsten Seipp, voormalig onderzoeker bij Fraunhofer UMSICHT en nu directeur bij Volterion, legt uit:"We hebben het celgewicht teruggebracht tot tien procent van de stapel, wat de kosten aanzienlijk verlaagt. Terwijl, in conventionele stapels, de dikte van elke cel was vaak wel acht tot tien millimeter, we zijn erin geslaagd om dat terug te brengen tot twee tot drie millimeter." Dankzij de materiaalbesparing, de nieuwe redoxflow-batterijen kosten ongeveer hetzelfde als een lithium-ionbatterij, maar gaan twee keer zo lang mee. Voor de eerste keer, ze zijn betaalbaar voor gebruik in een breed scala aan toepassingen.

De sleutel zit in het materiaal

Het succes is in de eerste plaats te danken aan de verbeteringen in het materiaal. Stacks zijn over het algemeen gemaakt van een grafiet-polymeercomposiet. Tijdens de verwerking, echter, dergelijke materialen verliezen hun polymeereigenschappen. De lange polymeerketens worden losgemaakt, en het materiaal verliest zowel zijn flexibiliteit als een deel van zijn stabiliteit. Intercelverbindingen kunnen niet worden gelast; in plaats daarvan moeten cellen worden verbonden met behulp van afdichtringen met schroefdraad.

"Wat we bij Fraunhofer UMSICHT hebben gedaan, was het materiaal en het productieproces zodanig aanpassen dat het materiaal zijn polymeereigenschappen behoudt. het materiaal blijft stabiel en flexibel en kan aanzienlijk dunner worden gemaakt, waardoor de stapels aan elkaar kunnen worden gelast, en het volledig afschaffen van slijtvaste afdichtingsringen, " legt Seipp uit. Dit maakt de productie van de stapels veel kosteneffectiever, en de stapels zelf robuuster, te.

Toepassingen van rioolwaterzuiveringsinstallaties tot MRI-onderzoeken

One of the first applications of the new redox flow batteries is in a sewage treatment plant. The plant currently uses methane to generate power, and there are plans to make use of photovoltaic facilities as well. A 100-kilowatt battery would match the fluctuations in both energy generation and energy demand, and this will allow the sewage treatment plan to meet its entire energy requirements self-sufficiently. Redox flow batteries could also be extremely useful in hospitals as a power source for MRI scanners.

"Each MRI scanner has an output of 200 kilowatts, so if you have three or four running at the same time, the circuit is soon overloaded. Putting in a new power line is an expensive solution, costing 80, 000 euros a kilometer, making a redox flow battery a good alternative, " says Seipp. MRI scanners run for a few minutes at a time, during which period they consume huge amounts of power, before lying dormant until the next examination. That means that any battery powering the device is exposed to multiple charge cycles daily. "Our optimized batteries are as if made for this application—and indeed any application calling for short bursts of power in quantities that the grid cannot reliably provide, " finishes Seipp.

Momenteel, the researchers at Fraunhofer UMSICHT are working alongside colleagues from Volterion to make further cost savings in the production of the batteries. They are also looking to scale up the size of the applications. Momenteel, the batteries are designed to deliver between 100 and 300 kilowatts, but in the future this could be multiple megawatts.