EP3602670A1 - Redox flow battery and method for operating a redox flow battery - Google Patents

Redox flow battery and method for operating a redox flow battery

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Publication number
EP3602670A1
EP3602670A1 EP18730266.6A EP18730266A EP3602670A1 EP 3602670 A1 EP3602670 A1 EP 3602670A1 EP 18730266 A EP18730266 A EP 18730266A EP 3602670 A1 EP3602670 A1 EP 3602670A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
oxidation
reduction
redox flow
flow battery
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18730266.6A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Robert Fleck
Jochen FRIEDL
Barbara Schricker
Holger WOLFSCHMIDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3602670A1 publication Critical patent/EP3602670A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a redox flow battery and a Ver ⁇ drive for operating a redox flow battery.
  • Batteries are stores for electrical energy on electro ⁇ chemical basis and suitable to store the excess energy. If it is a rechargeable supply, it is also called an accumulator.
  • a single element is also a rechargeable storage secondary element ge Nannt ⁇ .
  • the electrode-active material is liquid.
  • This liquid electrolyte is stored in a tank and pumped into a cathode compartment with a cathode and / or into an anode compartment with an anode. At the electrodes, the electrode active material is reduced or oxidized.
  • the liquid electrolyte therefore expediently comprises a reduction-oxidation pair as the electrode-active material.
  • the electrolyte comprises oxides of transition metal ⁇ len as oxidation-reduction pair.
  • the usable capacity can be obtained by unintended displacement of oxidation during operation of the flow battery due to undesirable side reactions adversely during the operation of sin ⁇ ken.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and egg ⁇ ner redox flow battery according to claim 14.
  • the method of operating an electrically rechargeable redox flow battery involves several steps. There is the provision of a redox flow battery comprising a first and a second chamber separated by a membrane, where ⁇ in the first chamber comprises a cathode and the second chamber comprises an anode.
  • a first electrolyte is passed as a catholyte into the first chamber and a second electrolyte is conducted as anolyte in the second chamber, wherein the first and / or second electrolyte comprises a reduction-oxidation pair.
  • the oxidation number of the reduction-oxidation pair is changed by adding a first component to the first and / or second electrolyte and / or the oxidation number of the reduction-oxidation-oxidation pair is changed electrochemically.
  • the redox flow battery further comprises a first pump for pumping the catholyte through the first chamber and ei ⁇ ne second pump for pumping the anolyte through the second Kam ⁇ mer.
  • the redox flow battery comprises a supply device suitable for supplying a first component into the first and / or second chamber. Particularly advantageously, this feed is arranged at an inlet for the electrolyte.
  • the method according to the invention and the invention Before ⁇ direction advantageously allow the start of operation of the rechargeable flow battery, or change its oxidation number during operation of the rechargeable flow battery. In particular, enabling a reduction-oxidation pair in the electrolyte prior to operation allows it to be reactivated or deactivated during operation.
  • Polyoxometalate PV14O40 possible.
  • This polyoxometalate can be reduced by means of hydrazine as a reducing agent and thus activate ⁇ or reactivate, if the redox flow battery is already operated.
  • the hydrazine addition can therefore take place before or during the operation of the redox flow battery.
  • the first electrolyte comprises a first re ⁇ dumies oxidation pair and the second electrolyte a second reduction-oxidation pair.
  • the first and / or second reduction-oxidation pair are identical to the invention.
  • Polyoxometalat used.
  • the chemical structure of the polyoxometalates can be adapted to specific application goals of a redox flow battery.
  • polyoxometalates with a fast reaction kinetics and several possible electron transitions are advantageously suitable for use in redox flow batteries.
  • the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair is reduced.
  • the oxidation number of the polyoxometalate is reduced.
  • V oxidation number five
  • V Re
  • V (V) sV (IV) 6O42] 9 ⁇ where 6 of 14 of the total vanadium atoms in this compound have the oxidation number four (IV).
  • According to the invention is as a first component for reducing the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair of hydrazine, an alkali metal, a hydride, an aldehyde, sodium sulfite, sodium dithionite or
  • hydrazine is a strong reducing agent and thus advantageously effective in activating the reduction-oxidation pairs.
  • the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair applies as oxidant hydrogen peroxide permanganate, oxygen, halogens or noble metal ions.
  • the addition of the first component for reactivation of the battery takes place in the discharged state of
  • the addition of the first component can occur in any state of the battery, from fully charged to empty.
  • the addition of the first component in the empty state is particularly advantageous, since then advantageously the amount of the first component to be added can be accurately determined and its addition thus takes place particularly effectively.
  • a residual capacity of the redox flow battery is measured for the reactivation of the battery and added a first amount of the first component in relation to the measured ⁇ nen residual capacity.
  • the remaining capacity is the usable capacity remaining at a given time.
  • the first amount of the first component to be added is determined in a portion of the theo retical ⁇ usable storage capacity of the flow battery. In particular, this proportion can be stated as a percentage.
  • the change in the oxidation state of the oxidation-reduction pair is carried out electrochemically by ei ⁇ ner first activation electrode in the first chamber
  • these activation electrodes form a pair of electrodes. It is also conceivable that the anode and cathode of the first and second chambers are used as activation electrodes. Expediently the stability of the electrodes must consider when voltage to be applied for the electrochemical reduction or oxidation ⁇ to. Are the anode and the cathode at the applied clamping voltage ⁇ stable, so it is advantageous to use this, since then the use of a second pair of electrodes is avoided.
  • the electrochemically caused change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair takes place by means of catalysts on the first and / or second activation electrode.
  • the electrochemically induced change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair takes place by means of additives on the first and / or second activation electrode.
  • the additives are in particular at the electrodes and in the entire electrolyte. you can in particular also detached from the electrode and then consumed.
  • the first and / or second actuation electrode are applied with a voltage in dependence on the capacity of the Restka ⁇ flow battery.
  • the control of the reaction of the redox flow battery is thus advantageously possible. Furthermore, advantageously over or under voltages can be avoided.
  • the first chamber comprises a first activation ⁇ electrode and the second electrode chamber a second activation.
  • the first and second activation electrodes are adapted to effect an electrochemical change of the reduction-oxidation pair.
  • the figure shows a rechargeable redox flow battery with a first component feeder.
  • the figure shows a rechargeable redox flow battery 1.
  • the rechargeable redox flow battery comprises a redox flow unit 2.
  • the redox flow unit 2 comprises a membrane 3, wherein the membrane 3, a first chamber 4 and a second chamber 5 separated from each other.
  • a cathode 15 is arranged in the first chamber 4, a cathode 15 is arranged in the second chamber 5, an anode 16 is arranged.
  • the cathode 15 and the anode 16 are connected via an electrical energy connection 12 to a power grid.
  • the first chamber 4 further comprises a first activation Electrode 17.
  • the second chamber 5 comprises a second Akti ⁇ administratungselektrode 18th
  • the first chamber 4 and the second chamber 5 are suitable for receiving an electrolyte.
  • a first electrolyte 10 is present in the first chamber 4.
  • a second electrolyte 11 is present in the second chamber 5.
  • the first electrolyte 10 is present in the first chamber 4.
  • a second electrolyte 11 is present in the second chamber 5.
  • Electrolyte is pumped by means of the first pump 8 and the second electrolyte 11 by means of the second pump 9 in the redox flow unit 2. From the redox flow unit 2 is the
  • Electrolyte 10, 11 then led back into the tanks.
  • the electrolyte is presented in a first tank 6 and a second tank 7.
  • the first Elect ⁇ rolyt 10 and the second electrolyte 11 comprises a Polyoxymetallat.
  • the polyoxymetalate is present in a non-active form at the beginning of the operation.
  • the polyoxometalate used in the first chamber ie the cathode space
  • the tetradecavanadophosphate [PV (V) 14O42] 9 ⁇ (abbreviated to PV14) in oxidized form.
  • the polyoxymetalate is converted into an active form which, in this example, is in the reduced form
  • the first component is added during operation to reactivate the polyoxymetalate.
  • the first component, in particular hydrazine is added as a function of a residual capacity of the redox flow unit 2.
  • the residual capacity ranges from 60% to 90% when the first component of hydrazine is added.
  • the activation, in particular of the polyoxymetalate can also be carried out electrochemically. consequences. It is possible that the first activation ⁇ electrode 17 and the second actuation electrode 18 convert the Polyoxymetallat of the non-active to the active form by ⁇ . This conversion can be accelerated by additives and catalysts.
  • polyoxymetalate as a reduction-oxidation pair in redox flow batteries and activate and reactivate them depending on the operating mode.

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Abstract

The invention relates to a rechargeable redox flow battery and to a method for operating an electrically rechargeable redox flow battery. A redox flow battery comprising a first and second chamber which are separated by a membrane, wherein the first chamber comprises a cathode and the second chamber comprises an anode, is initially provided. A first electrolyte is routed into the first chamber as catholyte and a second electrode is routed into the second chamber as anolyte, wherein the first and/or second electrolyte comprises a reduction-oxidation pair, and wherein the oxidation number of the reduction-oxidation pair is changed by adding a first component to the first and/or second electrolyte and/or the oxidation number is changed electrochemically.

Description

Beschreibung  description
Redox-Flow-Batterie und Verfahren zum Betreiben einer Redox- Flow-Batterie Redox flow battery and method for operating a redox flow battery
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie und ein Ver¬ fahren zum Betreiben einer Redox-Flow-Batterie. The invention relates to a redox flow battery and a Ver ¬ drive for operating a redox flow battery.
Die Nachfrage nach Strom schwankt im tageszeitlichen Verlauf stark. Auch die Stromerzeugung schwankt mit zunehmendem Anteil an Strom aus erneuerbaren Energien während des Tagesverlaufs. Um ein Überangebot an Strom in Zeiten mit viel Sonne und starkem Wind bei niedriger Nachfrage nach Strom ausglei¬ chen zu können, benötigt man regelbare Kraftwerke oder Spei- eher, um diese Energie zu speichern. Demand for electricity fluctuates strongly over the course of the day. Electricity generation also fluctuates with increasing share of electricity from renewable energies during the course of the day. To an oversupply of power at times with a lot of sun and strong winds at low demand for electricity to ausglei ¬ chen, you need controlled power plants or storage rather to store this energy.
Batterien sind Speicher für elektrische Energie auf elektro¬ chemischer Basis und geeignet, die überschüssige Energie zu speichern. Handelt es sich um einen wiederaufladbaren Spei- eher wird dieser auch Akkumulator genannt. Ein einzelnes wiederaufladbares Speicherelement wird auch Sekundärelement ge¬ nannt . Batteries are stores for electrical energy on electro ¬ chemical basis and suitable to store the excess energy. If it is a rechargeable supply, it is also called an accumulator. A single element is also a rechargeable storage secondary element ge Nannt ¬.
Bei Redox-Flow-Batterien ist, im Unterschied zu klassischen Sekundärelementen, das elektrodenaktive Material flüssig.In the case of redox flow batteries, unlike traditional secondary elements, the electrode-active material is liquid.
Dieser flüssige Elektrolyt wird in einem Tank gelagert und in einen Kathodenraum mit einer Kathode und/oder in einen Anodenraum mit einer Anode gepumpt. An den Elektroden wird das elektrodenaktive Material reduziert oder oxidiert. Der flüs- sige Elektrolyt umfasst als elektrodenaktives Material daher zweckmäßigerweise ein Reduktions-Oxidations-Paar . This liquid electrolyte is stored in a tank and pumped into a cathode compartment with a cathode and / or into an anode compartment with an anode. At the electrodes, the electrode active material is reduced or oxidized. The liquid electrolyte therefore expediently comprises a reduction-oxidation pair as the electrode-active material.
Der Elektrolyt umfasst insbesondere Oxide von Übergangsmetal¬ len als Reduktions-Oxidations-Paar. Nachteilig kann das Re- duktions-Oxidations-Paar zu Beginn der chemischen Reaktion in dem falschen, also dem entgegengesetzten, Reduktions- oder Oxidationsstatus vorliegen. Weiterhin kann durch ungewollte Verschiebung der Oxidationsstufen während des Betriebs der Redox-Flow-Batterie aufgrund unerwünschter Nebenreaktionen die nutzbare Kapazität nachteilig während des Betriebs sin¬ ken . In particular, the electrolyte comprises oxides of transition metal ¬ len as oxidation-reduction pair. The disadvantage production-oxidation pair at the beginning of the chemical reaction in the wrong, ie the opposite, reduction or oxidation state. Furthermore, the usable capacity can be obtained by unintended displacement of oxidation during operation of the flow battery due to undesirable side reactions adversely during the operation of sin ¬ ken.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrei- ben einer Redox-Flow-Batterie und eine Redox-Flow-Batterie anzugeben, welche das Einstellen des Reduktions- oder Oxida¬ tionsstatus des Reduktions-Oxidations-Paars zu Beginn oder während des Betriebs der Redox-Flow-Batterie ermöglichen. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und ei¬ ner Redox-Flow-Batterie gemäß Anspruch 14 gelöst. It is therefore an object of the invention to provide a method for operating a redox flow battery and a redox flow battery, which setting the reduction or Oxida ¬ tion status of the reduction-oxidation pair at the beginning or during operation of the Allow redox flow battery. The object is achieved by a method according to claim 1 and egg ¬ ner redox flow battery according to claim 14.
Das Verfahren zum Betreiben einer elektrisch wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie umfasst mehrere Schritte. Es erfolgt das Bereitstellen einer Redox-Flow-Batterie umfassend eine erste und eine zweite Kammer getrennt durch eine Membran, wo¬ bei die erste Kammer eine Kathode und die zweite Kammer eine Anode umfasst. Ein erster Elektrolyt wird als Katholyt in die erste Kammer geführt und ein zweiter Elektrolyt wird als Anolyt in die zweite Kammer geführt, wobei der erste und/oder zweite Elektrolyt ein Reduktions-Oxidations-Paar umfasst. Die Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares wird durch Zugabe einer ersten Komponente zum ersten und/oder zweiten Elektrolyt verändert und/oder die Oxidationszahl des Redukti- ons-Oxidations-Paares wird elektrochemisch verändert. The method of operating an electrically rechargeable redox flow battery involves several steps. There is the provision of a redox flow battery comprising a first and a second chamber separated by a membrane, where ¬ in the first chamber comprises a cathode and the second chamber comprises an anode. A first electrolyte is passed as a catholyte into the first chamber and a second electrolyte is conducted as anolyte in the second chamber, wherein the first and / or second electrolyte comprises a reduction-oxidation pair. The oxidation number of the reduction-oxidation pair is changed by adding a first component to the first and / or second electrolyte and / or the oxidation number of the reduction-oxidation-oxidation pair is changed electrochemically.
Eine erfindungsgemäße elektrisch wiederaufladbare Redox-Flow- Batterie zum Durchführen des oben genannten Verfahrens umfasst eine erste und eine zweite Kammer, getrennt durch eine Membran, wobei die erste Kammer eine Kathode und die zweite Kammer eine Anode umfasst, und wobei die erste Kammer geeig¬ net ist, einen Elektrolyten als Katholyt aufzunehmen und die zweite Kammer geeignet ist, den Elektrolyten als Anolyt auf- zunehmen, wobei der Elektrolyt ein Reduktions-Oxidations-Paar umfasst. Die Redox-Flow-Batterie umfasst weiterhin eine erste Pumpe zum Pumpen des Katholyts durch die erste Kammer und ei¬ ne zweite Pumpe zum Pumpen des Anolyts durch die zweite Kam¬ mer. Weiterhin umfasst die Redox-Flow-Batterie eine Zuführ- Vorrichtung geeignet zum Zuführen einer ersten Komponente in die erste und/oder zweite Kammer. Besonders vorteilhaft ist diese Zuführung an einem Einlass für die Elektrolyten angeordnet . Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor¬ richtung ermöglichen es vorteilhaft zu Beginn des Betriebs der wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie oder während des Betriebs der wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie die Oxida- tionszahl zu verändern. Insbesondere ermöglicht es, ein Re- duktions-Oxidations-Paar in dem Elektrolyten vor Betrieb zu aktivieren, während eines Betriebs zu reaktivieren oder zu deaktivieren . An electrically rechargeable redox flow battery according to the invention for carrying out the above-mentioned method comprises a first and a second chamber, separated by a Membrane, said first chamber having a cathode and the second chamber comprises an anode, and wherein the first chamber is geeig ¬ net to include an electrolyte as catholyte and said second chamber is adapted to receive the electrolyte as the anolyte, the electrolyte is a Reduction-oxidation pair comprises. The redox flow battery further comprises a first pump for pumping the catholyte through the first chamber and ei ¬ ne second pump for pumping the anolyte through the second Kam ¬ mer. Furthermore, the redox flow battery comprises a supply device suitable for supplying a first component into the first and / or second chamber. Particularly advantageously, this feed is arranged at an inlet for the electrolyte. The method according to the invention and the invention Before ¬ direction advantageously allow the start of operation of the rechargeable flow battery, or change its oxidation number during operation of the rechargeable flow battery. In particular, enabling a reduction-oxidation pair in the electrolyte prior to operation allows it to be reactivated or deactivated during operation.
Aktivieren und Reaktivieren ist insbesondere für das Activating and reactivating is especially for the
Polyoxometallat PV14O40 möglich. Dieses Polyoxometallat lässt sich mittels Hydrazin als Reduktionsmittel reduzieren und so¬ mit aktivieren oder, falls die Redox-Flow-Batterie bereits betrieben wird, reaktivieren. Die Hydrazinzugabe kann also vor oder während des Betriebes der Redox-Flow-Batterie erfol- gen. Polyoxometalate PV14O40 possible. This polyoxometalate can be reduced by means of hydrazine as a reducing agent and thus activate ¬ or reactivate, if the redox flow battery is already operated. The hydrazine addition can therefore take place before or during the operation of the redox flow battery.
Erfindungsgemäß umfasst der erste Elektrolyt ein erstes Re¬ duktions-Oxidations-Paar und der zweite Elektrolyt ein zweites Reduktions-Oxidations-Paar. Erfindungsgemäß wird als das erste und/oder zweite Reduktions-Oxidations-Paar ein According to the invention, the first electrolyte comprises a first re ¬ duktions oxidation pair and the second electrolyte a second reduction-oxidation pair. According to the invention as the first and / or second reduction-oxidation pair
Polyoxometallat verwendet. Vorteilhaft kann die chemische Struktur der Polyoxometallate an bestimmte Anwendungsziele eine Redox-Flow-Batterie angepasst werden. Insbesondere sind Polyoxometallate mit einer schnellen Reaktionskinetik und mehreren möglichen Elektronenübergängen für den Einsatz in Redox-Flow-Batterien vorteilhaft geeignet. Polyoxometalat used. Advantageously, the chemical structure of the polyoxometalates can be adapted to specific application goals of a redox flow battery. In particular, polyoxometalates with a fast reaction kinetics and several possible electron transitions are advantageously suitable for use in redox flow batteries.
Erfindungsgemäß wird die Oxidationszahl des ersten und/oder zweiten Reduktions-Oxidations-Paars verringert. Insbesondere wird die Oxidationszahl des Polyoxometallats verringert. Vor¬ teilhaft ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, das Polyoxometallat durch Zugabe eines Reduktionsmittels oder durch eine elektrochemische Reduktion in einen aktiven Zu- stand zu überführen, sodass das Polyoxometallat als Redukti¬ ons-Oxidations-Paar in der ersten und/oder zweiten Kammer der Redox-Flow-Batterie vorliegt. Insbesondere kann According to the invention, the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair is reduced. In particular, the oxidation number of the polyoxometalate is reduced. Before ¬ geous it is possible with the inventive method to convert the polyoxometalate by the addition of a reducing agent or by an electrochemical reduction in an active state, so that the polyoxometalate as Redukti ¬ ons oxidation pair in the first and / or second chamber the redox flow battery is present. In particular, can
Tetradecavanadophosphat [ PV (V) 14O42 ] 9~, wobei das Vanadium die Oxidationszahl fünf (V) aufweist, was in der Klammer der For- mel verdeutlicht wird, aus diesem oxidierten Zustand redu¬ ziert werden hin zu Re [PV (V) sV (IV) 6O42] 9~, wobei 6 von 14 der insgesamt vorkommenden Vanadiumatomen in dieser Verbindung die Oxidationszahl vier (IV) aufweist. Erfindungsgemäß wird als erste Komponente zum Verringern der Oxidationszahl des ersten und/oder zweiten Reduktions- Oxidations-Paares Hydrazin, ein Alkalimetall, ein Hydrid, ein Aldehyd, Natriumsulfit, Natriumdithionit oder Tetradecavanadophosphat [PV (V) 14O42] 9 ~, wherein the vanadium has the oxidation number five (V), which is indicated in the parenthesis of the research mel, redu from this oxidized state are ¬ sheet towards Re [PV (V) sV (IV) 6O42] 9 ~ , where 6 of 14 of the total vanadium atoms in this compound have the oxidation number four (IV). According to the invention is as a first component for reducing the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair of hydrazine, an alkali metal, a hydride, an aldehyde, sodium sulfite, sodium dithionite or
Natriumthiosulfat verwendet. Insbesondere Hydrazin ist ein starkes Reduktionsmittel und somit vorteilhaft effektiv beim Aktivieren der Reduktions-Oxidations-Paare . Sodium thiosulfate used. In particular, hydrazine is a strong reducing agent and thus advantageously effective in activating the reduction-oxidation pairs.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird die Oxidationszahl des ersten und/oder zweiten Reduktions-Oxidations-Paares vergrößert. Insbesondere werden als Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid Permanganat, Sauerstoff, Halogene oder Edelmetallionen ver¬ wendet . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair. In particular ver ¬ applies as oxidant hydrogen peroxide permanganate, oxygen, halogens or noble metal ions.
Insbesondere wenn bei Betriebsbeginn der Redox-Flow-Batterie neutrale Reduktions-Oxidationspaare vorliegen, ist es vor¬ teilhaft eine Hälfte der Reduktions-Oxidationspaare zu oxi- dieren. Diese werden dann dem Kathodenraum, also der ersten Kammer zugeführt, um dort wiederum reduziert zu werden. Die zweite Hälfte wird reduziert. Diese Hälfte wird der zweiten Kammer, also dem Anodenraum, zugeführt und dort oxidiert. Das Reduzieren oder Oxidieren kann vor Betriebsbeginn vorteilhaft in den Vorlagetanks erfolgen. Während des laufenden Betriebs ist ebenso eine Zugabe direkt in die erste oder zweite Kammer sinnvoll . Especially when neutral reduction-oxidation pairs are present at the start of operation of the flow battery, it is oxidise one half of the reduction-oxidation couples before ¬ geous. These are then fed to the cathode space, that is, the first chamber, to be reduced again there. The second half is reduced. This half is the second chamber, ie the anode compartment, fed and oxidized there. Reducing or oxidizing can advantageously take place in the reservoir tanks before the start of operation. During operation, it is also advisable to add directly into the first or second chamber.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Zugabe der ersten Komponente zur Reaktivierung der Batterie im entladenen Zustand derIn a further advantageous embodiment and development of the invention, the addition of the first component for reactivation of the battery takes place in the discharged state of
Redox-Flow-Batterie. Die Zugabe der ersten Komponente kann in jedem Zustand der Batterie, von vollgeladen bis leer, erfolgen. Besonders vorteilhaft ist aber die Zugabe der ersten Komponente im leeren Zustand, da dann vorteilhaft die zuzuge- bende Menge der ersten Komponente genau ermittelt werden kann und deren Zugabe somit besonders effektiv erfolgt. Flow battery. The addition of the first component can occur in any state of the battery, from fully charged to empty. However, the addition of the first component in the empty state is particularly advantageous, since then advantageously the amount of the first component to be added can be accurately determined and its addition thus takes place particularly effectively.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird für die Reaktivierung der Batterie eine Restkapazität der Redox-Flow-Batterie gemessen und eine erste Menge der ersten Komponente in Relation zu der gemesse¬ nen Restkapazität hinzugegeben. Als Restkapazität wird die zu einem bestimmten Zeitpunkt verbleibende nutzbare Kapazität bezeichnet. Vorteilhaft ist es möglich, 50-100 % der theore- tisch nutzbaren Speicherkapazität der Redox-Flow-Batterie auf diesem Weg zu aktivieren. Die erste Menge der ersten Komponente, die hinzugegeben wird, wird in einem Anteil der theo¬ retisch nutzbaren Speicherkapazität der Redox-Flow-Batterie bestimmt. Insbesondere kann dieser Anteil als prozentualer Anteil angegeben werden. In a further advantageous embodiment and development of the invention, a residual capacity of the redox flow battery is measured for the reactivation of the battery and added a first amount of the first component in relation to the measured ¬ nen residual capacity. The remaining capacity is the usable capacity remaining at a given time. Advantageously, 50-100% of the theoretical to activate the usable storage capacity of the redox flow battery in this way. The first amount of the first component to be added is determined in a portion of the theo retical ¬ usable storage capacity of the flow battery. In particular, this proportion can be stated as a percentage.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung und Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Veränderung der Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares elektrochemisch mittels ei¬ ner ersten Aktivierungselektrode in der ersten Kammer In a further advantageous development and refinement of the invention, the change in the oxidation state of the oxidation-reduction pair is carried out electrochemically by ei ¬ ner first activation electrode in the first chamber
und/oder mittels einer zweiten Aktivierungselektrode in der zweiten Kammer. Vorteilhaft bilden diese Aktivierungselektro¬ den ein Elektrodenpaar. Es ist ebenso denkbar, dass als Aktivierungselektroden die Anode und Kathode der ersten und zweiten Kammer verwendet werden. Dabei muss zweckmäßigerweise die Stabilität der Elektroden bei der anzulegenden Spannung für die elektrochemische Reduktion oder Oxidation beachtet wer¬ den. Sind die Anode und die Kathode bei der angelegten Span¬ nung stabil, so ist es vorteilhaft diese einzusetzen, da dann der Einsatz eines zweiten Elektrodenpaares vermieden wird. and / or by means of a second activation electrode in the second chamber. Advantageously, these activation electrodes form a pair of electrodes. It is also conceivable that the anode and cathode of the first and second chambers are used as activation electrodes. Expediently the stability of the electrodes must consider when voltage to be applied for the electrochemical reduction or oxidation ¬ to. Are the anode and the cathode at the applied clamping voltage ¬ stable, so it is advantageous to use this, since then the use of a second pair of electrodes is avoided.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung erfolgt die elektrochemisch bewirkte Ver- änderung der Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares mittels Katalysatoren an der ersten und/oder zweiten Aktivierungselektrode . In a further advantageous embodiment and development of the invention, the electrochemically caused change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair takes place by means of catalysts on the first and / or second activation electrode.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung erfolgt die elektrochemisch bewirkte Veränderung der Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares mittels Additiven an der ersten und/oder zweiten Aktivierungselektrode. Die Additive befinden sich insbesondere an den Elektroden und im gesamten Elektrolyten. Sie können sich insbesondere auch von der Elektrode lösen und anschließend verbraucht werden. In a further advantageous embodiment and further development of the invention, the electrochemically induced change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair takes place by means of additives on the first and / or second activation electrode. The additives are in particular at the electrodes and in the entire electrolyte. you can in particular also detached from the electrode and then consumed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbil- dung der Erfindung werden die erste und/oder zweite Aktivierungselektrode mit einer Spannung in Abhängigkeit der Restka¬ pazität der Redox-Flow-Batterie beaufschlagt. Die Steuerung der Reaktion der Redox-Flow-Batterie wird somit vorteilhaft möglich. Weiterhin können vorteilhaft Über- oder Unterspan- nungen vermieden werden. In a further advantageous embodiment of the invention and further extension, the first and / or second actuation electrode are applied with a voltage in dependence on the capacity of the Restka ¬ flow battery. The control of the reaction of the redox flow battery is thus advantageously possible. Furthermore, advantageously over or under voltages can be avoided.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst die erste Kammer eine erste Aktivierungs¬ elektrode und die zweite Kammer eine zweite Aktivierungs- elektrode. Die erste und zweite Aktivierungselektrode sind geeignet, eine elektrochemische Veränderung des Reduktions- Oxidations-Paares zu bewirken. In an advantageous embodiment and development of the invention the first chamber comprises a first activation ¬ electrode and the second electrode chamber a second activation. The first and second activation electrodes are adapted to effect an electrochemical change of the reduction-oxidation pair.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme der beiliegenden Figur. Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figure.
Die Figur zeigt eine wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie mit einer Zugabevorrichtung für eine erste Komponente. The figure shows a rechargeable redox flow battery with a first component feeder.
Die Figur zeigt eine wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie 1. Die wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie umfasst eine Redox- Flow-Einheit 2. Die Redox-Flow-Einheit 2 umfasst eine Membran 3, wobei die Membran 3 eine erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 5 voneinander trennt. In der ersten Kammer 4 ist eine Kathode 15 angeordnet. In der zweiten Kammer 5 ist eine Anode 16 angeordnet. Die Kathode 15 und die Anode 16 sind über eine Elektroenergieanbindung 12 mit einem Stromnetz verbunden. Die erste Kammer 4 umfasst weiterhin eine erste Aktivierungs- elektrode 17. Die zweite Kammer 5 umfasst eine zweite Akti¬ vierungselektrode 18. The figure shows a rechargeable redox flow battery 1. The rechargeable redox flow battery comprises a redox flow unit 2. The redox flow unit 2 comprises a membrane 3, wherein the membrane 3, a first chamber 4 and a second chamber 5 separated from each other. In the first chamber 4, a cathode 15 is arranged. In the second chamber 5, an anode 16 is arranged. The cathode 15 and the anode 16 are connected via an electrical energy connection 12 to a power grid. The first chamber 4 further comprises a first activation Electrode 17. The second chamber 5 comprises a second Akti ¬ vierungselektrode 18th
Die erste Kammer 4 und die zweite Kammer 5 sind geeignet, ei- nen Elektrolyt aufzunehmen. In diesem Beispiel liegt in der ersten Kammer 4 ein erster Elektrolyt 10 vor. In der zweiten Kammer 5 liegt ein zweiter Elektrolyt 11 vor. Der erste The first chamber 4 and the second chamber 5 are suitable for receiving an electrolyte. In this example, a first electrolyte 10 is present in the first chamber 4. In the second chamber 5, a second electrolyte 11 is present. The first
Elektrolyt wird mittels der ersten Pumpe 8 und der zweite Elektrolyt 11 mittels der zweiten Pumpe 9 in die Redox-Flow- Einheit 2 gepumpt. Aus der Redox-Flow-Einheit 2 wird derElectrolyte is pumped by means of the first pump 8 and the second electrolyte 11 by means of the second pump 9 in the redox flow unit 2. From the redox flow unit 2 is the
Elektrolyt 10, 11 anschließend zurück in die Tanks geführt. Der Elektrolyt wird in einem ersten Tank 6 und einen zweiten Tank 7 vorgelegt. In diesem Beispiel umfasst der erste Elekt¬ rolyt 10 und der zweite Elektrolyt 11 ein Polyoxymetallat . Das Polyoxymetallat liegt zu Beginn des Betriebes in einer nicht aktiven Form vor. Electrolyte 10, 11 then led back into the tanks. The electrolyte is presented in a first tank 6 and a second tank 7. In this example, the first Elect ¬ rolyt 10 and the second electrolyte 11 comprises a Polyoxymetallat. The polyoxymetalate is present in a non-active form at the beginning of the operation.
In diesem Beispiel wird als Polyoxometallat in der ersten Kammer, also dem Kathodenraum, das Tetradecavanadophosphat [ PV (V) 14O42 ] 9~ (abgekürzt: PV14) in oxidierter Form verwendet. In this example, the polyoxometalate used in the first chamber, ie the cathode space, is the tetradecavanadophosphate [PV (V) 14O42] 9 ~ (abbreviated to PV14) in oxidized form.
Durch zugeben einer ersten Komponente durch Zuleitung 13 und Zuleitung 14 wird das Polyoxymetallat in eine aktive Form das bedeutet in diesem Beispiel in die reduzierte Form By adding a first component through feed line 13 and feed line 14, the polyoxymetalate is converted into an active form which, in this example, is in the reduced form
H6 [ PV (V) 8V ( IV) 6042 ] 9~ überführt . Es ist auch möglich, dass die erste Komponente während des Betriebs zum Reaktivieren des Polyoxymetallat zugegeben wird. Insbesondere wird die erste Komponente, insbesondere Hydrazin, in Abhängigkeit einer Restkapazität der Redox-Flow-Einheit 2 hinzu geführt. Insbe- sondere liegt die Restkapazität in einem Bereich zwischen 60& bis 90%, wenn die erste Komponente Hydrazin hinzugegeben wird. Alternativ oder zusätzlich zu einer Zugabe einer ersten Komponente, insbesondere von Hydrazin, kann die Aktivierung insbesondere des Polyoxymetallats , auch elektrochemisch er- folgen. Es ist dabei möglich, dass die erste Aktivierungs¬ elektrode 17 und die zweite Aktivierungselektrode 18 das Polyoxymetallat von der nicht aktiven in die aktive Form um¬ wandeln. Dieses Umwandeln kann durch Additive und Katalysato- ren beschleunigt werden. Vorteilhaft ist es so möglich,H 6 [PV (V) 8 V (IV) 6 0 4 2] 9 ~ transferred. It is also possible that the first component is added during operation to reactivate the polyoxymetalate. In particular, the first component, in particular hydrazine, is added as a function of a residual capacity of the redox flow unit 2. In particular, the residual capacity ranges from 60% to 90% when the first component of hydrazine is added. Alternatively or in addition to adding a first component, in particular hydrazine, the activation, in particular of the polyoxymetalate, can also be carried out electrochemically. consequences. It is possible that the first activation ¬ electrode 17 and the second actuation electrode 18 convert the Polyoxymetallat of the non-active to the active form by ¬. This conversion can be accelerated by additives and catalysts. Advantageously, it is possible
Polyoxymetallat als Reduktions-Oxidations-Paar in Redox-Flow- Batterien einzusetzen und in Abhängigkeit des Betriebsmodus zu aktivieren und reaktivieren. Use polyoxymetalate as a reduction-oxidation pair in redox flow batteries and activate and reactivate them depending on the operating mode.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben einer elektrisch wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie (1) mit folgenden Schritten: 1. A method for operating an electrically rechargeable redox flow battery (1) with the following steps:
- Bereitstellen einer Redox-Flow-Batterie (1) umfassend eine erste und zweite Kammer (4, 5), getrennt durch eine Membran (3), wobei die erste Kammer (4) eine Kathode (15) und die zweite Kammer (5) eine Anode (16) umfasst, - Providing a redox flow battery (1) comprising a first and second chamber (4, 5), separated by a membrane (3), wherein the first chamber (4) has a cathode (15) and the second chamber (5) an anode (16) comprises
- Führen eines ersten Elektrolyten (10) als Katholyt in die erste Kammer (4) und Führen eines zweiten Elektrolyten (11) als Anolyt in die zweite Kammer (5), wobei der erste und/oder zweite Elektrolyt (10, 11) ein Reduktions-Oxidations-Paar umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass  - Leading a first electrolyte (10) as a catholyte in the first chamber (4) and guiding a second electrolyte (11) as anolyte in the second chamber (5), wherein the first and / or second electrolyte (10, 11) is a reduction Oxidation pair comprises, characterized in that
- die Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares durch Zugabe einer ersten Komponente zum ersten und/oder zweiten - The oxidation number of the reduction-oxidation pair by adding a first component to the first and / or second
Elektrolyt (10, 11) verändert wird und/oder dass die Oxidati¬ onszahl elektrochemisch verändert wird, wobei der erste Electrolyte (10, 11) is changed and / or that the Oxidati ¬ onszahl is changed electrochemically, wherein the first
Elektrolyt (10) ein erstes Reduktions-Oxidations-Paar und der zweite Elektrolyt ein zweites Reduktions-Oxidations-Paar um- fasst, wobei als das erste und/oder das zweite Reduktions- Oxidations-Paar ein Polyoxometallat verwendet wird und wobei die Oxidationszahl des ersten und/oder zweiten Reduktions- Oxidations-Paares verringert wird, wobei als erste Komponente Hydrazin, ein Alkalimetall, ein Hydrid, ein Aldehyd, Natrium- sulfit, Natriumdithionit oder Natriumthiosulfat verwendet werden . Electrolyte (10) comprises a first reduction-oxidation pair and the second electrolyte comprises a second reduction-oxidation pair, wherein a polyoxometalate is used as the first and / or the second reduction-oxidation pair and wherein the oxidation number of the first and / or second reduction-oxidation pair is reduced, using as the first component hydrazine, an alkali metal, a hydride, an aldehyde, sodium sulfite, sodium dithionite or sodium thiosulfate.
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zugabe der ersten Komponente im entladenen Zustand der Redox-Flow-Batterie (1) erfolgt. 2. The method according to any one of the preceding claims, wherein the addition of the first component in the discharged state of the redox flow battery (1).
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Restkapazität der Redox-Flow-Batterie (1) gemessen wird und eine erste Menge der ersten Komponente in Relation zu der gemessenen Restkapazität hinzugegeben wird. 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein the residual capacity of the redox flow battery (1) is measured and a first amount of the first component is added in relation to the measured residual capacity.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrochemisch bewirkte Veränderung der Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares mittels einer ersten Akti¬ vierungselektrode (17) in der ersten Kammer (4) und/oder mittels einer zweiten Aktivierungselektrode (18) in der zweiten Kammer (5) erfolgt. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the electrochemically induced change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair by means of a first Akti ¬ vierungselektrode (17) in the first chamber (4) and / or by means of a second activation electrode (18) in the second chamber (5) takes place.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die elektrochemisch bewirkte Veränderung der Oxidationszahl des Reduktions- Oxidations-Paares mittels Katalysatoren an der ersten 5. The method of claim 4, wherein the electrochemically induced change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair by means of catalysts on the first
und/oder zweiten Aktivierungselektrode (17, 18) erfolgt. and / or second activation electrode (17, 18).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die elektrochemisch bewirkte Veränderung der Oxidationszahl des Reduktions-Oxidations-Paares mittels Additiven an der ersten und/oder zweiten Aktivierungselektrode (17, 18) erfolgt. 6. The method according to any one of claims 4 or 5, wherein the electrochemically induced change in the oxidation number of the reduction-oxidation pair by means of additives to the first and / or second activation electrode (17, 18).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die erste und/oder zweite Aktivierungselektrode (17, 18) mit ei¬ ner Spannung in Abhängigkeit der Restkapazität der Redox- Flow-Batterie beaufschlagt werden. 7. The method according to any one of claims 4 to 6, wherein the first and / or second activation electrode (17, 18) are acted upon with egg ¬ ner voltage as a function of the residual capacity of the redox flow battery.
8. Elektrisch wiederaufladbare Redox-Flow -Batterie (1) zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassend : - eine erste und zweite Kammer (4, 5), getrennt durch eine Membran (3), wobei die erste Kammer (4) eine Kathode (15) und die zweite Kammer (5) eine Anode (16) umfasst, und die erste Kammer (4) geeignet ist einen ersten Elektrolyten (10) als Katholyt aufzunehmen und die zweite Kammer (5) geeignet ist einen zweiten Elektrolyten (11) als Anolyt aufzunehmen, wobei der erste und/oder der zweite Elektrolyt ein Reduktions- Oxidations-Paar umfasst, 8. Electrically rechargeable redox flow battery (1) for carrying out the method according to one of claims 1 to 7, comprising: - A first and second chamber (4, 5), separated by a membrane (3), wherein the first chamber (4) comprises a cathode (15) and the second chamber (5) comprises an anode (16), and the first chamber (4) is adapted to receive a first electrolyte (10) as a catholyte and the second chamber (5) is adapted to receive a second electrolyte (11) as anolyte, wherein the first and / or the second electrolyte comprises a reduction-oxidation pair,
- eine erste Pumpe (8) zum Pumpen des Katholyts durch die erste Kammer (4),  a first pump (8) for pumping the catholyte through the first chamber (4),
- eine zweite Pumpe (9) zum Pumpen des Anolyts durch die zweite Kammer (5) ,  a second pump (9) for pumping the anolyte through the second chamber (5),
- eine Zuführvorrichtung (13, 14) geeignet zum Zuführen einer ersten Komponente in die erste und/oder zweite Kammer (4, 5) .  - A supply device (13, 14) suitable for supplying a first component in the first and / or second chamber (4, 5).
9. Redox-Flow-Batterie (1) nach Anspruch 8, wobei die erste Kammer (4) eine erste Aktivierungselektrode (17) umfasst und die zweite Kammer (5) eine zweite Aktivierungselektrode (18) umfasst und die erste und zweite Aktivierungselektroden (17, 18) geeignet sind, eine elektrochemische Veränderung des Re- duktions-Oxidations-Paares zu bewirken. 9. redox flow battery (1) according to claim 8, wherein the first chamber (4) comprises a first activation electrode (17) and the second chamber (5) comprises a second activation electrode (18) and the first and second activation electrodes (17 , 18) are suitable for effecting an electrochemical change of the reduction-oxidation pair.
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