Vanadium-Redox-Batterie

Die Vanadium-Redox-Batterie (VRB) gehört zu den Redox-Flow-Batterien, benutzt aber als einziges elektrochemisch aktives Element Vanadium. Diese Eigenschaft erklärt ihre prognostizierte hohe Langzeitstabilität von ca. 10 000 Lade/Entladezyklen.

Redox-Reaktion in der VRB

Auffallend ist hierbei – wie bereits erwähnt – dass nur ein Element, nämlich das Vanadium, an der Redox-Reaktion zur Stromspeicherung/Bereitstellung des Stroms beteiligt ist. Dadurch kann selbst bei einer Durchmischung der beiden Elektrolyte keine Kontamination der entsprechenden Lösungen eintreten.

Energiedichte und andere Parameter der Batterie

Die Energiedichten werden mit 15-25 Wattstunden pro Liter bzw. 20-40 Wattstunden pro Kilogramm angegeben. Sie liegen damit deutlich unter den Energiedichten von z.B. Lithium-Ionen-Batterien. Damit sind VRBs nur für stationäre Anwendungen geeignet.

Die hohe Zahl der Lade- und Entlade-Zyklen erhöht die Lebensdauer dieses Stromspeichers und verbessert seine Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu allen anderen Batterietypen.

Anwendungsgebiete

Als Redox-Flow-Batterie können bei der VRB die Speicherkapazität und die Leistung unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Speicherkapazität wird durch die Elektrolytmenge bestimmt, die Leistung durch die Fläche der Reaktionszelle, in der die Redox-Reaktionen stattfinden.

Damit kann eine VRB dazu eingesetzt werden, hohe Lastschwankungen in Stromnetzen auszugleichen. Sie eignet sich genausogut zur Speicherung größerer Energiemengen, die z.B. aus einem kleinen Photovoltaik-Kraftwerk stammen und nur zeitweilig bereitgestellt werden. Die VRB kann die gespeicherte Energie abgeben wenn die Sonne nicht oder nicht ausreichend scheint. VRBs sind damit ein Ansatz, große Stromspeicher zu realisieren, die der Photovoltaik zur Deckung der Grundlast verhelfen könnten.

Verfügbarkeit der zum Bau notwendigen Ressourcen

Das Basis-Elektrolyt ist Schwefelsäure in relativ hoher Konzentration. Die für die Herstellung von Schwefelsäure benötigten chemischen Ausgangsstoffe – vor allem Schwefel – sind in ausreichender Menge verfügbar und könnten z.B. aus der Entschwefelung von Kraftstoffen bereitgestellt werden.

Vanadium ist in hohen Mengen vorhanden (Ressourcen: ca. 63 Mio Tonnen, nach Angaben der USGS¹). Zur Gewinnung des Vanadiums müssen jedoch große Stoffströme bewältigt werden, da es im allgemeinen nur in Spuren in verschiedenen Mineralien vorkommt. Eine Ausweitung der Vanadium-Förderung kann daher zu einem Ausbau von entsprechenden Minen und die damit verbundenen Probleme führen.
Zudem gibt es konkurrierende Anwendungen von Vanadium für

• als Komponente für hochfeste Stahllegierungen (z.B. Chrom-Vanadium-Stahl für Werkzeuge und
• als Katalysator für chemische Prozesse

Umweltrelevanz der verwendten Chemie in den Elektrolyten

Die Elektrolyte – bestehend aus Schwefelsäure und Vanadiumpentoxid (V₂O₅) sind ätzend/korrosiv. Ihre Giftigkeit kann als mäßig angesehen werden – erst Großanlagen bedürfen zu ihrer Genehmigung eines aufwendigeren Verfahrens lt. Angaben der Fa. Prudent Energy².

Quellen

1. Website der USGS (US Geological Survey):
   http://www.usgs.gov
2. Website der Prudent Energy, eines VRB-Herstellers:
   http://www.pdenergy.com/en/technology/env-sus_dev/env-sus_dev