DE102007011311A1

DE102007011311A1 - Vanadium-Redox-Batterie und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE102007011311A1
Application number: DE102007011311A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Bednarz
Original assignee: MTU CFC Solutions GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions Augsburg GmbH
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2007-03-08
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vanadium-Redox-Batterie (10, 110) mit einem Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und einem Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Katholyt durch den Kontakt mit Sauerstoff regeneriert wird und dass der Anolyt durch Kontakt mit Kohlenmonoxid oder durch Kontakt mit mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metallion chemisch regeneriert wird oder durch Kontakt mit einer elektrolytischen Zelle (140) elektrochemisch regeneriert wird. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Vanadium-Redox-Batterie (10, 110) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Vanadium-Redox-Batterie mit einem Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und einem Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Vanadium-Redox-Batterie, mit einem Behältnis für einen Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und einem Behältnis für einen Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares.
Vanadium-Redox-Batterien gehören zum Typ der Redox-Flow-Batterien. In Redox-Flow-Batterien wird elektrische Energie durch eine reversible elektrochemische Reaktion zwischen zwei Salzlösungen, den Elyten, gespeichert. Die Elyte werden in Tanks gelagert und bei Bedarf einer zentralen Reaktionseinheit für den Lade- und Entladeprozess mittels Pumpen zugeführt. Die zentrale Ladeeinheit ist typischerweise ein Stapel von ggf. mit Katalysatoren besetzten elektrochemischen Zellen, von denen jede aus zwei Halbzellen, eine für jeden Elyten, besteht, die durch eine ionenselektive Membran getrennt sind. Die Membran trennt die beiden Elyte (Anolyt und Katholyt) voneinander. In den Halbzellen laufen an den Elektroden, in der Regel auf der Basis von Kohlenstoff, elektrochemische Reaktionen zwischen dem Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und dem Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares ab. Dabei wird an der negativen Elektrode im Anolyten das zweiwertige Vanadium zu dreiwertigem Vanadium oxidiert, während an der positiven Elektrode im Katholyten das fünfwertige Vanadium zu vierwertigem Vanadium reduziert wird. Die Elektroden können bspw. auf der Basis einer Kohlefilz- oder Graphitfilz-Elektrode („carbon felt polymer composite electrode") oder einer sog. „glassy carbon electrode") aufgebaut sein und Ruthenium als Katalysator enthalten. Der Aufbau derartiger elektrochemischer Zellen ist bekannt.
Vanadium-Redox-Batterien sind als Speichermedium für elektrische Energie sehr gut geeignet. Vanadium-Redox-Batterien können bspw. bei Temperaturen von Raumtemperatur bis etwa 100°C betrieben werden, wobei nur geringe Temperaturgradienten auftreten, da der Katholyt bzw. Anolyt gleichzeitig als Kühlmittel wirkt. Vanadium-Redox-Batterien zeigen volle Lastgangfähigkeit, so dass bspw. der Einsatz in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) möglich ist. Aufgrund der chemischen Ähnlichkeit der Elyte, in denen ausschließlich Vanadiumsalze gelöst sind, ist eine Querkontamination der Elyte ausgeschlossen. Über die Dimensionierung der die Elyte aufnehmenden Tanks kann die Puffergröße des Systems frei gewählt werden. Die Lade-/Entladeeffizienz beträgt bei Vanadium-Redox-Batterien typischerweise 80% bei einer Stromdichte von 80-100 mA/cm² (bis 1 kW/m²). Das Verhältnis von Leistungsdichte zu Wirkungsgrad kann variiert werden, d. h. es können höhere Leistungsdichten bei geringerem Wirkungsgrad eingestellt werden und umgekehrt. Vanadium-Redox-Batterien benötigen ferner keine Edelmetall-Elektroden und haben eine hohe Lebensdauer, die bis zu 12 Jahren betragen kann. Dadurch können Herstellungs- und Betriebskosten reduziert werden. Vanadium-Redox-Batterien sind daher als Speichermedium für elektrische Energie bis in den Megawattbereich mit hohem Wirkungsgrad und langer Lebensdauer sehr beliebt.
Problematisch ist aber bisher der Prozess zum Wiederaufladen der Vanadium-Redox-Batterie. Vanadium-Redox-Batterien können ähnlich wie Akkumulatoren nur elektrisch regeneriert bzw. wieder aufgeladen werden. Es gibt zwar Redox-Flow-Batterien, die chemisch durch direkten Kontakt des Anolyten mit Wasserstoff und des Katholyten mit Sauerstoff, jeweils in Anwesenheit eines Katalysators, regeneriert werden können. Derartige Batterien sind bspw. in der US-A-4,396,687 und der US-A-4,407,902 beschrieben. Bei diesen Batterien handelt es sich aber nicht um Vanadium-Redox-Batterien, da der Anolyt eine Säure auf der Basis von Wolfram und Silizium oder Wolfram und Phosphor beruht. Die spezifischen technischen und wirtschaftlichen Vorteile einer Vanadium-Redox-Batterie können mit diesen Systemen nicht genutzt werden.
Die WO 02/15317 A1 beschreibt eine Vanadium-Redox-Batterie mit einem Katholyten auf der Basis von vierwertigem Vanadium und einem Anolyten auf der Basis von dreiwertigem Vanadium sowie ein Verfahren zur elektrochemischen Herstellung dieser Elyte. Aufgrund des unterschiedlichen Redoxsystems können die spezifischen technischen und wirtschaftlichen Vorteile der oben beschriebenen Vanadium-Redox-Batterie mit diesem System ebenfalls nicht genutzt werden
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Vanadium-Redox-Batterie der o. g. Art sowie ein Verfahren zu ihrem Betrieb mit einer verbesserten Regeneriebarkeit der Elyte bereitzustellen.
Die Lösung besteht in einem Verfahren zum Betrieb einer Vanadium-Redox-Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie in einer Vanadium-Redox-Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass der Katholyt durch den Kontakt mit Sauerstoff regeneriert wird und dass der Anolyt durch Kontakt mit Kohlenmonoxid oder durch Kontakt mit mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metallion chemisch regeneriert wird oder durch Kontakt mit einer elektrolytischen Zelle elektrochemisch regeneriert wird. Die erfindungsgemäße Vanadium-Redox-Batterie zeichnet sich dadurch aus, dass das Behältnis für den Katholyten mit einer Zufuhreinrichtung zur Einleitung von Sauerstoff in den Katholyten versehen ist und dass das Behältnis für den Anolyten mit einem Kontaktbehälter zur Einleitung von Kohlenmonoxid in den Anolyten verbunden ist oder dass der Anolyt ein Reduktionsmittel in Form mindestens eines Metalls und/oder mindestens eines Metallions enthält oder dass das Behältnis für den Anolyten mit einer elektrolytischen Zelle zur elektrochemischen Reduktion von V(III) zu V(II) gekoppelt ist.
Der Katholyt mit dem Redoxpaar V(IV)/V(V) lässt sich direkt mit Sauerstoff regenerieren, da das Redoxpotential des Sauerstoffs positiver als 1000 mV liegt: 2VO²⁺ + H₂O + ½O₂ → 2VO₂ ⁺ + 2H⁺ (E₀ = 1000 mV) 2H⁺ + ½O₂ + 2e^– → H₂O (E₀ = 1239 mV)
Der Anolyt mit dem Redoxpaar V(II)/V(III) lässt sich erfindungsgemäß durch den Kontakt mit Kohlenmonoxid regenerieren, da Kohlenmonoxid in saurer wässriger Lösung ein Redoxpotential von ca. –450 mV aufweist, während das Redoxpotential der V(II)/V(III)-Redoxreaktion –255 mV beträgt. Die folgende Reaktion läuft daher thermodynamisch freiwillig ab: 2V³⁺ + H₂O + CO → 2VO²⁺ + 2H⁺ + CO₂
Kohlenmonoxid weist als polares Molekül eine Löslichkeit von 30 mg/l in Wasser auf; die Löslichkeit in sauren Medien, wie der Anolyt eines darstellt, genügt zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Oxidationsprodukt Kohlendioxid entweicht selbsttätig aus der sauren Lösung.
Eine analoge Regeneration des Anolyten durch direkten Kontakt mit Wasserstoff ist nicht möglich, weil das Redoxpotential des Paares H₂/H⁺ lediglich 0 mV beträgt: H⁺ + e^– ½H₂ (E₀ = 0 mV) V²⁺ → V3⁺ + e^– (E₀ = –255 mV)
Die chemische Regeneration kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung auch indirekt über Metalle erfolgen, die ein hinreichend negatives Redoxpotenzial aufweisen und sich durch einfache chemische Prozesse abtrennen und wieder reduzieren lassen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Anolyt elektrochemisch regeneriert werden, wobei nur die zusätzliche Energie zur Regenerierung des Anolyten von ca. 400 mV anstelle 1250 mV aufgebracht wird. Dies ist möglich, indem der Anolyt Teil einer elektrochemischen Zelle ist und dort als Elektrolyt fungiert, wobei V(III) elektrochemisch zu V(II) reduziert wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es erstmals möglich, bei einer Vanadium-Redox-Batterie mit einem Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und einem Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares, den Anolyten auf chemischem bzw. elektrochemischem Weg zu regenerieren, das heißt, das im Betrieb entstehende V(III) auf chemischem oder elektrochemischem Weg zu V(II) zu reduzieren.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Sauerstoff zur Regenerierung des Katholyten wird zweckmäßigerweise in Form von Luftsauerstoff bereitgestellt. Diese Reaktion kann selbstverständlich in an sich bekannter Weise durch eine aktive Regenerationszelle unterstützt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Kohlenmonoxid durch teilweise Verbrennung und/oder Reformierung eines Brennstoffs bereitgestellt. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Vanadium-Redox-Batterie erstmals wie eine Brennstoffzelle zur Erzeugung elektrischer Energie betrieben werden. Dabei wird die elektrische Energie durch die elektrochemischen Reaktionen zwischen Katholyt und Anolyt erzeugt. Der Brennstoff dient zur Bereitstellung des Kohlenmonoxids zur Regenerierung des Anolyten, d. h. zur erneuten Speicherung elektrischer Energie in der erfindungsgemäßen Vanadium-Redox-Batterie.
Unter einer Brennstoffzelle werden in diesem Zusammenhang grundsätzlich Primärelemente verstanden, in denen eine chemische Reaktion zwischen einem Gas und einem Elektrolyten stattfindet. Im Prinzip wird in Umkehrung der Elektrolyse von Wasser ein wasserstoffhaltiges Brenngas an eine Anode und ein sauerstoffhaltiges Kathodengas an eine Kathode herangeführt und zu Wasser umgesetzt. Die freiwerdende Energie wird als elektrische Energie entnommen.
Das bei der Regenerierung des Anolyten entstehende Kohlendioxid kann zweckmäßigerweise kontinuierlich durch gekoppelte Reformierprozesse in Kohlenmonoxid umgewandelt und das entstandene Kohlenmonoxid wieder zur Regenerierung des Anolyten verwendet werden. Auf diese Weise wird ein Kreislauf gebildet, in dem das bei der Regenerierung des Anolyten entstehende Kohlendioxid selbst wieder zu Kohlenmonoxid regeneriert wird. Eine bevorzugte Ausgestaltung dieses Kreislaufs ist eine Wassergas-Gleichgewichts-Reaktion, die durch die Verbrennung des Brennstoffs gestartet und/oder aufrechterhalten wird: CO₂ + H₂ ↔ CO + H₂O
Hierbei kann sinnvollerweise das Kohlenmonoxid dem Wasserstoffgas-Gleichgewicht durch die Regeneration des Anolyten kontinuierlich entzogen werden, während das bei der Regenerierung des Anolyten entstehende Kohlendioxid dem Wasserstoffgas-Gleichgewicht kontinuierlich zugeführt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Anolyt mit mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metallion in Kontakt gebracht wird, das aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Zink und Nickel, ausgewählt wird. Diese Metalle lassen sich besonders gut durch fossile und nachwachsende Brennstoffe reduzieren und als Reduktionsmittel für den zu regenerierenden Anolyten einsetzen. Somit kann auch diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nach Art einer Brennstoffzelle betrieben werden.
Bei der elektrochemischen Regenerierung des Anolyten hat es sich als praktikabel erwiesen, dass der Anolyt durch eine elektrolytische Zelle geleitet wird, in der Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Methanol elektrolytisch oxidiert wird und V(III) elektrolytisch zu V(II) reduziert wird. Als elektrolytische Zelle können bspw. eine Stapelkonfiguration oder eine Elektrolyse-Monozelle verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
1 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vanadium-Redox-Batterie;
2 eine Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vanadium-Redox-Batterie.
Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Vanadium-Redox-Batterie 10 umfasst eine zentrale Ladeeinheit 11 in Form eines Stapels aus einer Vielzahl von Zellen, von denen jede aus zwei Halbzellen 12, 13 und einer ionenselektiven Membran 14 aufgebaut ist. In den Halbzellen 12, 13 laufen beide elektrochemischen Reaktionen bspw. an internen Kohlefilz-Polymer-Komposit-Elektroden ab, mit denen die erfindungsgemäße Vanadium-Redox-Batterie 10 geladen bzw. entladen wird. Über Elektroden 15, 16 kann ein Verbraucher 17 angeschlossen sein. Dieser Aufbau der zentralen Ladeeinheit 11 ist an sich bekannt.
Die Vanadium-Redox-Batterie 10 umfasst ferner zwei Tanks 21, 22, für einen Anolyten bzw. Katholyten, die die aktiven Vanadiumspezies in unterschiedlichen Oxidationsstadien (Katholyte: V(IV)/V(V)-Redoxpaar, Anolyte: V(II)/V(III)-Redoxpaar) enthalten. Die Elyte enthalten in der Regel 1 bis 3 M Vanadiumsulfate in 1 bis 2 M Schwefelsäure und sind hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihrer elektrochemischen Kennwerte als solche bekannt.
Die Flüssigkeiten werden mittels Pumpen 23, 24 derart durch die zentrale Ladeeinheit geführt, dass der Anolyt und der Katholyt jeweils durch eine Halbzelle 12 bzw. 13 strömen. Die ionenselektive Membran 14 trennt hierbei Anolyt und Katholyt voneinander und verhindert, dass sich beide Flüssigkeiten vermischen.
Der Katholyt wird im Ausführungsbeispiel durch den direkten Kontakt mit Luftsauerstoff regeneriert. Hierzu tritt in an sich bekannter Weise Luft in den Tank 22 entlang seiner Unterseite ein. Stattdessen können im Tank 22 auch grenzflächenreiche heterogene Reaktoren mit z. Bsp. Raschigringen angeordnet sein, die mit Luft umspült und mit Katholytflüssigkeit berieselt werden. Auch dieser Aufbau ist an sich bekannt. Es muss lediglich ein hinreichender Kontakt zwischen dem Katholyten und der eingeleiteten Luft sicher gestellt sein. Die chemische Regenerierung des Katholyten findet beim Kontakt mit Luftsauerstoff spontan statt.
Der Anolyt wird im Ausführungsbeispiel durch den direkten Kontakt mit Kohlenmonoxid regeneriert. Hierzu ist der Tank 21 an eine Vorrichtung 30 zur Erzeugung von Kohlenmonoxid gekoppelt. Die Vorrichtung 30 weist Regenerationsreaktoren 31a, 31b, 31c auf, in denen in an sich bekannter Weise Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt wird. Durch den Regenerationsreaktor 31a wird die zu regenerierende Anolytflüssigkeit geführt, da das dort befindliche Gas am kohlenmonoxidreichsten ist. Das im Regenerationsreaktor 31a befindliche Kohlenmonoxid löst sich bereitwillig in der Anolytflüssigkeit. Durch den direkten Kontakt zwischen dem Kohlenmonoxid und der Anolytflüssigkeit läuft die chemische Regenerierung des Anolyten spontan ab.
Das bei der chemischen Regenerierung des Anolyten entstehende Kohlendioxid bzw. kohlendioxidreiche Gas wird einem Shiftreaktor 32 zugeführt, wo in an sich bekannter Weise Kohlendioxid und Wasserstoff zu Kohlenmonoxid und Wasser umgesetzt werden. Das so entstandene Gas durchläuft in an sich bekannter Weise eine Kaskade bestehend aus Wärmetauschern 33, Kühlzonen 34 und den Regenerationsreaktoren 31c, 31b, bis es, mit Kohlenmonoxid angereichert, wiederum den Reaktionsreaktor 31a durchströmt.
Die in den Regenerationsreaktoren 31a, 31b, 31c und dem Shiftreaktor 32 ablaufenden Reaktionen sind somit Teilreaktionen des Gleichgewichts: CO₂ + H₂ ↔ CO + H₂O
Die Reaktionsführung zur Regenerierung des Anolyten beruht demnach auf dem oxidativen Entzug von Kohlenmonoxid aus diesem Gleichgewicht bzw. aus dem kohlenmonoxidreichen Gas, welches aus dm Shiftreformat, welches mit dem Brennstoff (bspw. Brenngas, Erdgas) durch die Kaskaden aus Regenerationsreaktoren, Wärmetauschern und Shiftreaktoren verläuft. Die Verbrennung ausgekoppelten Gases dient zur Unterstützung der Reformier- und Shiftreaktion, die durch Wasserstoff und Kohlendioxid die Kohlenmonoxid-Bildung fördert.
Der soeben beschriebene Kreislauf wird gespeist und unterstützt durch die Verbrennung von Brennstoff, welcher durch einen Befeuchter 35 geleitet und dem Kreislauf zugeführt wird.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vanadium-Redox-Batterie 110 mit einer zentralen Ladeeinheit 111 in Form eines Stapels aus einer Vielzahl von Zellen, von denen jede aus zwei Halbzellen 112, 113 und einer ionenselektiven Membran 114 aufgebaut ist. In den Halbzellen 112, 113 laufen beide elektrochemischen Reaktionen bspw. an internen Kohlefilz-Polymer-Komposit-Elektroden ab, mit denen die erfindungsgemäße Vanadium-Redox-Batterie 110 geladen bzw. entladen wird. Über Elektroden 115, 116 kann ein Verbraucher 117 angeschlossen sein. Dieser Aufbau der zentralen Ladeeinheit 111 ist an sich bekannt.
Die Vanadium-Redox-Batterie 110 umfasst ferner zwei Tanks 121, 122, für einen Anolyten bzw. Katholyten, die die aktiven Vanadiumspezies in unterschiedlichen Oxidationsstadien (Katholyte: V(IV)/V(V)-Redoxpaar, Anolyte: V(II)/V(III)-Redoxpaar) enthalten. Die Elyte enthalten in der Regel 1 bis 3 M Vanadiumsulfate in 1 bis 2 M Schwefelsäure und sind hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihrer elektrochemischen Kennwerte als solche bekannt.
Die Flüssigkeiten werden mittels Pumpen 123, 124 derart durch die zentrale Ladeeinheit geführt, dass der Anolyt und der Katholyt jeweils durch eine Halbzelle 112 bzw. 113 strömen. Die ionenselektive Membran 114 trennt hierbei Anolyt und Katholyt voneinander und verhindert, dass sich beide Flüssigkeiten vermischen.
Der Katholyt wird ebenfalls durch den direkten Kontakt mit Luftsauerstoff regeneriert, wie es bereits für das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Der Anolyt wird in diesem Ausführungsbeispiel mit Hilfe einer elektrolytischen Zelle 140 regeneriert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Tank 121 für den Anolyten zugleich Teil der elektrolytischen Zelle 140. Es kann aber auch ein separater Tank (analog zum Tank 21 in 1) vorgesehen sein, aus dem der zu regenerierende Anolyt entnommen und durch die elektrolytische Zelle 140 geleitet wird.
Die elektrolytische Zelle 140 ist im Ausführungsbeispiel in üblicher Weise aufgebaut. Zwei Elektroden 141, 142 sind an eine Stromquelle 143 angeschlossen und stehen in elektrischem Kontakt mit jeweils einem Elektrolyten 144, 121. Der Elektrolyt 121 ist zugleich der Anolyt der erfindungsgemäßen Vanadium-Redox-Batterie 110. Die Elektrolyte 144, 121 sind durch eine ionenselektive Membran 145 voneinander getrennt, so dass sie sich nicht vermischen können.
Das Potenzial der Redoxreaktion des V(II)/V(III)-Redoxpaares von –255 mV vs. NHE ist negativer als das des H₂/H⁺-Redoxpaares von 0 mV, so dass eine direkte Reduktion von V(III)-Ionen mit Wasserstoff nicht möglich ist. Diese soll derart gestaltet sein, dass nur die zusätzliche Energie zur Regenerierung des Anolyten von ca. 400 mV anstelle 1250 mV aufgebracht wird, indem mittels Elektrolyse im Ausführungsbeispiel Wasserstoff zu Wasser aktiv oxidiert wird. Gleiches kann für die aktive Elektrooxidation von anderen Brennstoffen, wie z. B. Methanol erfolgen. Zugleich wird V(III) zu V(II) reduziert.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Vanadium-Redox-Batterie (10, 110) mit einem Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und einem Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares, dadurch gekennzeichnet, dass der Katholyt durch den Kontakt mit Sauerstoff regeneriert wird und dass der Anolyt durch Kontakt mit Kohlenmonoxid oder durch Kontakt mit mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metallion chemisch regeneriert wird oder durch Kontakt mit einer elektrolytische Zelle (140) elektrochemisch regeneriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoff in Form von Luftsauerstoff bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenmonoxid durch partielle Oxidation oder Reformierung eines Brennstoffs bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Regenerierung des Anolyten entstehende Kohlendioxid kontinuierlich in Kohlenmonoxid umgewandelt und das entstandene Kohlenmonoxid wieder zur Regenerierung des Anolyten verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Verbrennung eines Brennstoffs eine Wassergas-Gleichgewichts-Reaktion gestartet und/oder aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kohlenmonoxid dem Wasserstoffgas-Gleichgewicht kontinuierlich entzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das bei der Regenerierung des Anolyten entstehende Kohlendioxid dem Wasserstoffgas-Gleichgewicht kontinuierlich zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anolyt mit mindestens einem Metall und/oder mindestens einem Metallion in Kontakt gebracht wird, das aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Zink und Nickel, ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anolyt durch eine elektrolytische Zelle (140) geleitet wird, in der Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Methanol elektrolytisch oxidiert wird und V(III) elektrolytisch zu V(II) reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als elektrolytische Zelle (140) eine Stapelkonfiguration oder eine Elektrolyse-Monozelle verwendet wird.
Vanadium-Redox-Batterie (10, 110), mit einem Behältnis (21, 121) für einen Anolyten auf der Basis eines V(II)/V(III)-Redoxpaares und einem Behältnis (22, 122) für einen Katholyten auf der Basis eines V(IV)/V(V)-Redoxpaares, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (22, 122) für den Katholyten mit einer Zufuhreinrichtung zur Einleitung von Sauerstoff in den Katholyten versehen ist und dass das Behältnis (21, 121) für den Anolyten mit einem Kontaktbehälter (31a) zur Einleitung von Kohlenmonoxid in den Anolyten verbunden ist oder dass der Anolyt ein Reduktionsmittel in Form mindestens eines Metalls und/oder mindestens eines Metallions enthält oder dass das Behältnis für den Anolyten mit einer elektrolytischen Zelle (140) zur elektrochemischen Reduktion von V(III) zu V(II) gekoppelt ist.
Vanadium-Redox-Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhreinrichtung für Sauerstoff zur Einleitung von Luftsauerstoff in den Katholyten dient.
Vanadium-Redox-Batterie nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbehälter (31a) zur Einleitung von Kohlenmonoxid in den Anolyten mit einer Einrichtung zur Verbrennung eines Brennstoffs gekoppelt ist.
Vanadium-Redox-Batterie nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktbehälter (31a) zur Einleitung von Kohlenmonoxid in den Anolyten mit einer Einrichtung (30) zur kontinuierlichen Umwandlung des bei der Regenerierung des Anolyten entstehenden Kohlendioxids in Kohlenmonoxid gekoppelt ist.
Vanadium-Redox-Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anolyt mindestens ein Metall und/oder mindestens ein Metallion enthält, das aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Zink und Nickel, ausgewählt ist.
Vanadium-Redox-Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältnis (121) für den Anolyten mit einer elektrolytischen Zelle (140) zur elektrochemischen Reduktion von V(III) zu V(II) gekoppelt ist, in der Wasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Methanol elektrolytisch oxidiert wird und V(III) elektrolytisch zu V(II) reduziert wird.
Vanadium-Redox-Batterie nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrolytische Zelle (140) als Stapelkonfiguration oder als Elektrolyse-Monozelle ausgebildet ist.