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Hoch aufgelöste 3 D Computertomographie beschleunigt Entwicklungen bei Redox-Flow-Batterien

Redox-Flow-Batterien

Elektrochemische Energiespeicher

(WK-intern) – Redox-Flow-Batterien (RFB) sind elektrochemische Energiespeicher, bei denen die Energie in Flüssigkeiten gespeichert wird.

Aufgrund dessen sind sie im Aufbau vergleichbar zu Brennstoffzellen.

Eine weitere sehr vorteilhafte Eigenschaft dieser Batterien ist es, dass Energie und Leistung getrennt voneinander skaliert und dadurch sehr passgenau auf den jeweiligen Bedarf angepasst werden können. Durch diesen Aufbau der RFB sowie der Möglichkeit des Einsatzes preiswerter Energiespeichermedien können potentiell sehr günstige Systeme für die Speicherung von erneuerbaren Energien realisiert werden.

Die Energiewandler bilden die Hauptkomponenten der RFB. Die Zellstapel bestehen aus vielen einzelnen Bauteilen, die neben der Dichtheit des Aufbaus auch die elektrochemischen Eigenschaften garantieren müssen. Die Toleranzen bewegen sich in einem sehr engen Bereich und müssen über große Dimensionen und viele Komponenten eingehalten werden. Die größte Hürde bei der Überprüfung der Zellstapel bildet der vollkommen geschlossene Aufbau der Systeme. Zur Fehlersuche muss die Komponente entsprechend zerlegt werden.

Als neue, zerstörungsfreie Methode zur Analyse bzw. zum Aufspüren von Fehlerquellen sowie für die Produktionskontrolle stehen nun auch bildgebende Verfahren wie die Computertomographie (CT) zur Verfügung.

Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT hat in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Entwicklungszentrum Röntgentechnik EZRT neue Methoden entwickelt, um Redox-Flow-Batterie-Zellstapel in allen industriell relevanten Größen zu untersuchen und zu bewerten.

Für Scans von Zellstapeln der kW-Klasse kann beispielsweise einer der weltgrößten CT-Scanner des Fraunhofer EZRT benutzt werden, und mit Fachleuten der Projektgruppe Redox-Flow-Batterien des Fraunhofer ICT analysiert und bewertet werden können.

Jens Noack vom Fraunhofer ICT ist beeindruckt: „Durch CT-Aufnahmen unserer eigenentwickelten Systeme wurden uns Möglichkeiten geschaffen, um Zellstapelentwicklungen bezüglich der Maßhaltigkeiten der Komponenten im Stapel direkt untersuchen und –wenn notwendig – anzupassen. Bislang hatten wir die Stapel nach dem Betrieb wieder demontiert und aufwendig auf Fehler geschlossen um anschließend das Design zu überarbeiten. Dieser Vorgang hat sich nach weiteren Tests dann auch häufig wiederholt. Durch die neue Analysetechnik beschleunigt sich unsere Entwicklung von neuen, effizienten, langlebigen und sicheren Batterien deutlich. Auch die Integration einer CT-Anlage zur direkten Kontrolle in der Produktion ist sicher eine sinnvolle Anwendung, die sich schnell amortisiert. Im nächsten Schritt werden wir auch zeitaufgelöste Messungen durchführen, um dadurch Fluidik-Verteilungen im Stapel sichtbar zu machen. Durch diese Erweiterung können wir in naher Zukunft dann auch die Gestaltung der Zellen hinsichtlich der Elektrochemie optimieren um die Leistungsfähigkeit der Batterien noch weiter zu erhöhen.“

PM: Fraunhofer ICT

© Foto Fraunhofer ICT / CT-Abbildung eines 1 kW Zellstapels für Redox-Flow-Batterien mit schrägen Zellrahmen und Dichtungsproblemen an Bipolarplatten und Rahmen

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