Entwicklung von organischen Durchflussbatterien auf der Grundlage gut verfügbarer Rohstoffe

Durchflussbatterien bieten direkte Skalierbarkeit, Entladung über lange Zeiträume und Flexibilität im Betriebsmodus. Sie sind eine technologische Alternative, um die zu erwartenden Engpässe bei der künftigen Versorgung mit Li-Ionen-Batterien für stationäre Anwendungen zu entschärfen. Vanadium-Durchflussbatterien, die dem neuesten Stand der Technik entsprechen, haben eine hervorragende Leistung, sind aber derzeit für die meisten Regionen der Welt noch zu teuer und hängen von kritischen Materialien ab.

Infolgedessen sind Durchflussbatterien auf der Grundlage organischer Moleküle mit Redox-Aktivität zunehmend in den Blickpunkt gerückt. Es wird erwartet, dass diese Verbindungen, die aus gut verfügbaren chemischen Rohstoffen hergestellt werden, sich schließlich als wettbewerbsfähig für die stationäre Energiespeicherung erweisen könnten. Niedrige Kosten, hohe Kapazität, einfache Synthese und chemische Stabilität sind hierbei grundlegende Fragen. Die Auswahl kompatibler, stabiler Chemikalien und Membranen, die Verbesserung der Energiedichte und der Leistungsabgabe sowie die Leistung im Pilotmaßstab unter realistischen Betriebsbedingungen sind wichtige laufende Aufgaben.

Dieses Projekt verfolgt die Verbesserung von Durchflussbatterien auf der Basis von sulfoniertem Anthrachinon, das als industrieller Redox-Mediator für die Gasentschwefelung verfügbar ist. Diese Verbindung ist derzeit eine der wenigen, die kommerziell verfügbar sind, und stellt somit einen Maßstab für die Entwicklung ihrer synthetischen Derivate dar. Es werden Wege gesucht, wie diese Verbindung mit kostengünstigen, halborganischen oder anorganischen Redoxspezies kombiniert werden kann. Die Aktivitäten umfassen auch die gemeinsame Einführung neuer Viologenderivate mit dem Institut für Organische Chemie der TU Clausthal. Hier werden synthetische Strategien zur Verbesserung der Energiedichte und Kapazitätserhaltung gesucht. Dabei könnte man sich die großtechnische Produktion dieser Art von Verbindungen durch die agrochemische Industrie zunutze machen. Die experimentellen Arbeiten umfassen die elektrochemische Charakterisierung redoxaktiver Moleküle und die Bewertung der Energiespeicherleistung in Labor-Flow-Batterien. 

Dr. Luis Fernando Arenas wird von der Alexander von Humboldt-Stiftung gefördert.