EP3625844A1 - Redox-flow-batterie und verfahren zum betreiben einer redox-flow-batterie - Google Patents

Redox-flow-batterie und verfahren zum betreiben einer redox-flow-batterie

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EP3625844A1
EP3625844A1 EP18748861.4A EP18748861A EP3625844A1 EP 3625844 A1 EP3625844 A1 EP 3625844A1 EP 18748861 A EP18748861 A EP 18748861A EP 3625844 A1 EP3625844 A1 EP 3625844A1
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EP
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buffer
chamber
electrolyte
flow battery
redox flow
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18748861.4A
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English (en)
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Inventor
Robert Fleck
Jochen FRIEDL
Barbara Schricker
Matthäa Schwob
Ulrich Stimming
Holger WOLFSCHMIDT
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Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel 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 memory this is also called 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.
  • the cathode compartment and anode compartment are typically separated by a membrane.
  • the electrode-active material is reduced or oxidized.
  • the liquid electrolyte expediently comprises a reduction-oxidation pair as the electrode-active material.
  • the electrolyte typically comprises salts to a suffi ⁇ accordingly high conductivity between the anode and the cathode, to reach.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and egg ⁇ ner redox flow battery according to claim 10.
  • the method according to the invention for operating an electrically rechargeable redox flow battery comprises several steps.
  • a redox flow battery is provided.
  • the redox flow battery comprises a first chamber and a second chamber, wherein the first chamber is separated from the second chamber by a membrane.
  • the first chamber comprises a cathode and the second chamber comprises an anode.
  • a first electrolyte is conducted as a catholyte.
  • a second electrolyte is anolyte as ⁇ leads.
  • the first electrolyte comprises a first reduction-oxidation pair.
  • the second electrolyte comprises a second reduction-oxidation pair.
  • the first and / or second electrolyte further comprise a pH stabilizing buffer for chemically stabilizing the reduction-oxidation pair.
  • the redox flow battery is then charged or discharged.
  • the inventive electrically rechargeable redox flow battery comprises a first and a second chamber, which are separated by a membrane, wherein the first chamber comprises a cathode and the second chamber comprises an anode.
  • the first chamber has a first electrolyte as the catholyte and the second chamber has a second electrolyte as the anolyte.
  • the first electrolyte comprises a first reduction-oxidation pair and the second electrolyte comprises a second reduction-oxidation pair.
  • the first and / or second electrolyte further comprise a pH stabilizing buffer for chemically stabilizing the reduction-oxidation pair.
  • Protons and / or hydroxide ions which pass through the membrane lead disadvantageously to a change in the electrolyte, which leads to an inactivation of the reduction-oxidation pair and thus to a loss of capacity of the redox flow battery.
  • the redox flow battery according to the invention we ⁇ least one electrolyte with at least one pH-stabilizing buffer. Is thus advantageously prevents the oxidation-reduction pair of drive during the loading of the flow battery is changed ⁇ changed chemically such that the activity and the capacity decreases.
  • the capacity of the redox flow battery län ⁇ ger kept constant, which leads to a longer life of the redox flow battery and thus leads to lower operating costs.
  • a polyoxometalate is used at least as the first reduction-oxidation pair.
  • Polyoxometallates allow the setting of desired chemical properties by the fact that a variety of different metals can be integrated into the structure of Polyoxometalle. Specifically, characterized advanta- way very high reaction rates in the flow battery waiting ⁇ . In particular, it is also possible advantageous result more ⁇ stage electron transitions to a polyoxometalate fürzu ⁇ .
  • the pH-stabilizing buffer is designed such that a pH buffer region of the buffer comprises an electrochemically active pH range of the first and / or second reduction-oxidation pair.
  • the electrochemically active pH range is the range in which the
  • the pH buffer region of the buffer is in a pH range of 1 to 6.
  • buffers which are in the acidic range are suitable.
  • a first buffer comprising hydrochloric acid, glycerine and sodium chloride can be used in this area.
  • the pH range of the ⁇ ses buffer is in a range of 1 to 3, 5.
  • a second buffer comprising hydrochloric acid and potassium hydrogen phthalate used in this field.
  • the pH range of this buffer is in a range from 2, 2 to 3, 8.
  • Al ⁇ ternativ can be used in this pH range
  • a third buffer comprising citric acid and sodium citrate.
  • the Range of this third buffer is in a range of 3, 0 to 6, 2.
  • a fourth buffer comprising acetic acid and sodium acetate can be used.
  • the pH range of the fourth buffer is in the range of 3.6 to 5.6.
  • a fifth buffer comprising sodium hydroxide and sodium hydrogen phthalate may also be used.
  • the buffer range of this buffer is in a pH range of 4, 2 to 6, 0.
  • the pH range of the buffer is in a range of 6 to 8.
  • a sixth buffer comprising sodium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate used.
  • the pH range of this buffer is in the range of 5.7 to 8.0.
  • the pH range of the buffer is in a range from 8 to 12.
  • the pH-stabilizing buffer comprises a seventh buffer
  • Sodium tetraborate and sodium hydroxide used.
  • the pH range of this buffer is in the range of 9.2 to 10.6.
  • an eighth buffer comprising sodium carbonate and sodium bicarbonate may be used in this range.
  • the pH range of this buffer is in the range of 9.2 to 10.7 .
  • a ninth buffer comprising monosodium phosphate and sodium hydroxide may be used.
  • the pH range of this buffer is in the range of 11.0 to 11.9.
  • the redox flow battery comprises a first pump for pumping the catholyte through the first chamber and an ne second pump for pumping the anolyte through the second Kam ⁇ mer.
  • the flow battery comprising a ⁇ ers th feed tank with the first electrolyte, said first supply tank is connected by a first line to the first Chamber mer.
  • the redox flow battery further comprises a second reservoir tank having the second electrolyte, the second reservoir tank being connected to the second chamber via a second conduit.
  • the amount of the electrolyte can be varied via the size of the reservoir tanks. This can advantageously be adapted to the energy to power ratio of the redox flow battery. Advertising adapted to: Furthermore, before ⁇ part by way of the size of the storage tanks to the specific capacity Capa ⁇ the flow battery, which is defined as ampere-hours per liter of electrolyte (Ah / 1 unit).
  • Figure 1 shows a rechargeable redox flow battery with an electrolyte with buffer
  • FIG. 2 shows a schematic overview of the method for operating the redox flow battery.
  • FIG. 1 shows a rechargeable redox flow battery 1.
  • the rechargeable redox flow battery 1 comprises a
  • 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 in the first chamber 4.
  • an anode 16 is arranged in the second chamber 5.
  • the cathode 15 and the anode 16 are connected via an electrical energy connection 12 to a power grid.
  • the rechargeable redox flow battery 1 further comprises a first tank 6 which is connected by means of a first pump 8 via a first line to the first chamber 4 to the cathode 15.
  • the first chamber 4 is in turn connected via a third line 10 to the first tank 6.
  • the rechargeable redox flow battery 1 comprises a second tank 7 which is connected via a second pump 9 to the second chamber 5 with the anode 16 via a second line.
  • the second chamber 5 is in turn connected to the second tank 7 with a fourth line 11.
  • first electrolyte 13 with a polyoxometalate as the first reduction-oxidation pair. Furthermore, there is a buffer in the first chamber in the first electrolyte 13. As a buffer, a buffer comprising glycine and sodium chloride is used in this example. In the second chamber 5 is a second electrolyte 14 comprising lithium chloride.
  • the flow rates of the first pump 8 and the second pump 9 are in a range of between 800 ml / min / m 2 to 4000 ml / min / m 2 , more preferably in a range between 1200 ml / min / m 2 and 3600 ml / min / m 2 .
  • FIG. 1 shows a schematic overview of the method for operating a redox flow battery 1.
  • FIG. 2 Providing the redox flow battery 20. Then, the first and second electrolyte in the first chamber 4 and in the second chamber 5 is guided. This takes place continuously during the operation of the redox flow battery 1. Therefore, this step is shown in FIG. 2 with a box 21 comprising the method steps 22 and 23.
  • the charging of the redox flow battery 22 takes place before the redox flow battery 1 can be discharged 23. Charging 22 and unloading 23 may typically be performed as a cyclic process.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrisch wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie und eine Redox-Flow-Batterie. Zunächst erfolgt das Bereitstellen einer Redox-Flow-Batterie umfassend eine erste Kammer und eine zweite Kammer, wobei die erste Kammer von der zweiten Kammer von einer Membran getrennt ist und wobei die erste Kammer eine Kathode umfasst und die zweite Kammer eine Anode umfasst. In die erste Kammer wird dann ein erster Elektrolyt als Katholyt geführt. In die zweite Kammer wird ein zweiter Elektrolyt als Anolyt geführt. Der erste Elektrolyt umfasst ein erstes Reduktions-Oxidations-Paar und der zweite Elektrolyt umfasst ein zweites Reduktions-Oxidations-Paar. Weiterhin umfassende erste und/oder der zweite Elektrolyt einen pH-stabilisierenden Puffer zum chemischen stabilisieren des Reduktions-Oxidations-Paares. Die Redox-Flow-Batterie kann dann aufgeladen oder entladen werden.

Description

Redox-Flow-Batterie und Verfahren zum Betreiben einer Redox- Flow-Batterie
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie und ein Ver¬ fahren zum Betreiben einer Redox-Flow-Batterie.
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¬ cher, um diese Energie zu speichern.
Batterien sind Speicher für elektrische Energie auf elektro¬ chemischer Basis und geeignet, die überschüssige Energie zu speichern. Handelt es sich um einen wiederaufladbaren Speicher wird dieser auch Akkumulator genannt. Ein einzelnes wiederaufladbares Speicherelement wird auch Sekundärelement ge¬ nannt .
Bei Redox-Flow-Batterien ist, im Unterschied zu klassischen Sekundärelementen, das elektrodenaktive Material flüssig. Dieser flüssige Elektrolyt wird in einem Tank gelagert und in einen Kathodenraum mit einer Kathode und/oder in einen Anodenraum mit einer Anode gepumpt. Kathodenraum und Anodenraum werden typischerweise durch eine Membran voneinander getrennt. An den Elektroden wird das elektrodenaktive Material reduziert, beziehungsweise oxidiert. Der flüssige Elektrolyt umfasst als elektrodenaktives Material zweckmäßigerweise ein Reduktions-Oxidations-Paar.
Der Elektrolyt umfasst typischerweise Salze, um eine ausrei¬ chend hohe Leitfähigkeit zwischen der Anode und der Kathode zu erreichen. Die Aktivität einiger neuer Reduktions- Oxidations-Paare, insbesondere Oxide von Übergangsmetallen, sinkt in diesen Elektrolyten über die Betriebsdauer, und damit nimmt auch die Kapazität der Redox-Flow-Batterie in die- sen Elektrolyt-Systemen während des Betriebes der Redox-Flow- Batterie nachteilig ab.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Redox- Flow-Batterie und ein Verfahren zum Betreiben einer Redox- Flow-Batterie anzugeben, bei welcher die Aktivität des Reduk- tions-Oxidations-Paares , insbesondere neuer Reduktions- Oxidations-Paare wie Oxide von Übergangsmetallen, während des Betriebs erhalten bleibt. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 und ei¬ ner Redox-Flow-Batterie gemäß Anspruch 10 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer elektrisch wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie umfasst mehrere Schrit- te . Zunächst wird eine Redox-Flow-Batterie bereitgestellt. Die Redox-Flow-Batterie umfasst eine erste Kammer und eine zweite Kammer, wobei die erste Kammer von der zweiten Kammer von einer Membran getrennt ist. Die erste Kammer umfasst eine Kathode und die zweite Kammer umfasst eine Anode. In die ers- te Kammer wird ein erster Elektrolyt als Katholyt geführt. In die zweite Kammer wird ein zweiter Elektrolyt als Anolyt ge¬ führt. Der erste Elektrolyt umfasst ein erstes Reduktions- Oxidations-Paar . Der zweite Elektrolyt umfasst ein zweites Reduktions-Oxidations-Paar . Der erste und/oder zweite Elekt- rolyt umfassen weiterhin einen pH-stabilisierenden Puffer zum chemischen Stabilisieren des Reduktions-Oxidations-Paares . Die Redox-Flow-Batterie wird dann aufgeladen oder entladen. Die erfindungsgemäße elektrisch wiederaufladbare Redox-Flow- Batterie umfasst eine erste und eine zweite Kammer, welche durch eine Membran getrennt sind, wobei die erste Kammer eine Kathode und die zweite Kammer eine Anode umfasst. Die erste Kammer weist einen ersten Elektrolyten als Katholyt auf und die zweite Kammer weist einen zweiten Elektrolyten als Anolyt auf. Der erste Elektrolyt umfasst ein erstes Reduktions- Oxidations-Paar und der zweite Elektrolyt umfasst ein zweites Reduktions-Oxidations-Paar . Der erste und/oder zweite Elekt- rolyt umfassen weiterhin einen pH-stabilisierenden Puffer zum chemischen Stabilisieren des Reduktions-Oxidations-Paares .
Einige Reduktions-Oxidations-Paare reagieren sehr empfindlich auf kleine pH-Veränderungen des Elektrolyten. Diese kleinen Veränderungen des pH-Werts, verursacht insbesondere durch
Protonen und/oder Hydroxidionen, welche die Membran passieren, führen nachteilig zu einer Veränderung des Elektrolyten, welche zu einer Inaktivierung des Reduktions-Oxidations- Paares und somit zu einem Kapazitätsverlust der Redox-Flow- Batterie führt. Erfindungsgemäß weist das erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Redox-Flow-Batterie we¬ nigstens einen Elektrolyten mit wenigstens einen pH- stabilisierenden Puffer auf. Vorteilhaft wird somit verhindert, dass das Reduktions-Oxidations-Paar während des Be- triebs der Redox-Flow-Batterie sich derart chemisch verän¬ dert, dass die Aktivität und auch die Kapazität sinkt. In an¬ deren Worten wird die Kapazität der Redox-Flow-Batterie län¬ ger konstant gehalten, was zu einer höheren Lebensdauer der Redox-Flow-Batterie führt und somit zu geringeren Betriebs- kosten führt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird wenigstens als das erste Reduktions- Oxidations-Paar ein Polyoxometallat verwendet. Polyoxometallate ermöglichen das Einstellen gewünschter chemischer Eigenschaften dadurch, dass eine Vielzahl unterschiedlicher Metalle in die Struktur der Polyoxometalle eingebunden werden können. Insbesondere werden dadurch vorteil- haft sehr hohe Reaktionsraten in der Redox-Flow-Batterie er¬ wartet. Insbesondere ist es vorteilhaft auch möglich, mehr¬ stufige Elektronenübergänge an einem Polyoxometallat durchzu¬ führen . In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung ist der pH-stabilisierende Puffer derart ausgestaltet, dass ein pH-Puffer-Bereich des Puffers einen elektrochemisch aktiven pH-Bereich des ersten und/oder zweiten Reduktions-Oxidations-Paares umfasst. Als elektrochemisch aktiven pH-Bereich wird der Bereich bezeichnet, in dem die
Molekülstruktur des Reduktions-Oxidations-Paares aktiv, d.h. in der Weise vorliegt das es reduziert bzw. oxidiert werden kann. Vorteilhaft ist es so möglich, die Redox-Flow-Batterie individuell an ein bestimmtes Reduktions-Oxidations-Paar an- zupassen. Die Erhaltung der Kapazität und die Lebensdauer werden somit vorteilhaft erreicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung liegt der pH-Puffer-Bereich des Puffers in einem pH - Bereich von 1 bis 6. Insbesondere eignen sich Puffer, welche im sauren Bereich liegen. Insbesondere kann in diesem Bereich ein erster Puffer umfassend Salzsäure, Glyce- rin und Natriumchlorid eingesetzt werden. Der pH-Bereich die¬ ses Puffers liegt in einem Bereich von 1 bis 3, 5. Alternativ kann in diesem Bereich ein zweiter Puffer umfassend Salzsäure und Kaliumhydrogenphthalat eingesetzt werden. Der pH-Bereich dieses Puffers liegt in einem Bereich von 2, 2 bis 3, 8. Al¬ ternativ kann in diesem pH-Bereich ein dritter Puffer umfassend Citronensäure und Natriumeitrat verwendet werden. Der Bereich dieses dritten Puffers liegt in einem Bereich von 3, 0 bis 6, 2. Weiterhin kann alternativ ein vierter Puffer umfassend Essigsäure und Natriumacetat eingesetzt werden. Der pH-Bereich des vierten Puffers liegt in einem Bereich von 3, 6 bis 5, 6. Alternativ kann ebenso ein fünfter Puffer umfassend Natriumhydroxid und Natriumhydrogenphthalat verwendet werden. Der Pufferbereich dieses Puffers liegt in einem pH- Bereich von 4, 2 bis 6, 0. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung liegt der pH-Bereich des Puffers in einem Bereich von 6 bis 8. Insbesondere wird als der pH- stabilisierende Puffer dann ein sechster Puffer umfassend Natriumdihydrogenphosphat und Dinatriumhydrogenphosphat ver- wendet. Der pH-Bereich dieses Puffers liegt in einem Bereich von 5, 7 bis 8, 0.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung liegt der pH-Bereich des Puffers in einem Bereich von 8 bis 12. Insbesondere wird als pH- stabilisierender Puffer ein siebter Puffer umfassend
Natriumtetraborat und Natriumhydroxid verwendet. Der pH- Bereich dieses Puffers liegt in einem Bereich von 9, 2 bis 10, 6. Alternativ kann in diesem Bereich ein achter Puffer umfassend Natriumcarbonat und Natriumbicarbonat verwendet werden. Der pH-Bereich dieses Puffers liegt in einem Bereich von 9, 2 bis 10, 7. Alternativ kann ein neunter Puffer umfassend Mononatriumsphosphat und Natriumhydroxid verwendet wer¬ den. Der pH-Bereich dieses Puffers liegt in einem Bereich von 11, 0 bis 11, 9.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst die Redox-Flow-Batterie 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. Durch das Pumpen des Elektrolyts lässt sich vorteilhaft die Kapazität der Redox-Flow-Batterie über die Flussgeschwin¬ digkeit des Elektrolyts einstellen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung umfasst die Redox-Flow-Batterie einen ers¬ ten Vorlagetank mit dem ersten Elektrolyt, wobei der erste Vorlagetank mittels einer ersten Leitung mit der ersten Kam- mer verbunden ist. Die Redox-Flow-Batterie umfasst weiterhin einen zweiten Vorlagetank mit dem zweiten Elektrolyt, wobei der zweite Vorlagetank mittels einer zweiten Leitung mit der zweiten Kammer verbunden ist. Vorteilhaft kann über die Größe der Vorlagetanks die Menge des Elektrolyten variiert werden. Dadurch kann vorteilhaft das Energie- zu Leistungsverhältnis der Redox-Flow-Batterie angepasst werden. Weiterhin kann vor¬ teilhaft die Größe des Vorlagetanks an die spezifische Kapa¬ zität der Redox-Flow-Batterie, welche als Amperestunden pro Liter Elektrolyt definiert ist (Einheit: Ah/1) angepasst wer- den.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme der beiliegenden Figuren.
Figur 1 zeigt eine wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie mit einem Elektrolyt mit Puffer;
Figur 2 zeigt eine schematische Übersicht über das Verfahren zum Betreiben der Redox-Flow-Batterie.
Figur 1 zeigt eine wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie 1. Die wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie 1 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 wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie 1 umfasst weiterhin einen ersten Tank 6 welcher mittels einer ersten Pumpe 8 über eine erste Leitung mit der ersten Kammer 4 mit der Kathode 15 verbunden ist. Die erste Kammer 4 ist wiederum über eine dritte Leitung 10 mit dem ersten Tank 6 verbunden. Die wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie 1 umfasst einen zweiten Tank 7 der über eine zweite Pumpe 9 mit der zweiten Kammer 5 mit der Anode 16 über eine zweite Leitung verbunden ist. Die zweite Kammer 5 ist wiederum mit einer vierten Lei- tung 11 mit dem zweiten Tank 7 verbunden.
In der ersten Kammer 4 befindet sich ein erster Elektrolyt 13 mit einem Polyoxometallat als erstem Reduktions-Oxidations- Paar. Weiterhin befindet sich in der ersten Kammer in dem ersten Elektrolyt 13 ein Puffer. Als ein Puffer wird in diesem Beispiel ein Puffer umfassend Glycin und Natriumchlorid eingesetzt. In der zweiten Kammer 5 befindet sich ein zweiter Elektrolyt 14 umfassend Lithiumchlorid. Die Flussraten der ersten Pumpe 8 und der zweiten Pumpe 9 liegen in einem Be- reich zwischen von 800 ml/min/m2 bis 4000 ml/min/m2, besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1200 ml/min/m2 und 3600 ml/min/m2. Während des Betriebs der Redox-Flow-Batterie 1 bei Raumtemperatur bleibt das Reduktions-Oxidations-Paar Polyoxometallat aktiv und somit bleibt die Kapazität der Redox-Flow-Batterie 1 erhalten. Dies führt vorteilhaft zu ei¬ ner langen Lebensdauer der Redox-Flow-Batterie 1. Figur 2 zeigt eine schematische Übersicht über das Verfahren zum Betreiben einer Redox-Flow-Batterie 1. Zunächst erfolgt das b
Bereitstellen der Redox-Flow-Batterie 20. Dann wird der erste und zweite Elektrolyt in die erste Kammer 4 und in die zweite Kammer 5 geführt. Dies geschieht kontinuierlich während des Betriebs der Redox-Flow-Batterie 1. Daher ist dieser Schritt in der Figur 2 mit einer die Verfahrensschritte 22 und 23 um¬ fassenden Box 21 dargestellt. Das Aufladen der Redox-Flow- Batterie 22 erfolgt bevor die Redox-Flow-Batterie 1 entladen 23 werden kann. Das Aufladen 22 und Entladen 23 kann typischerweise als Kreisprozess ausgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer elektrisch wiederaufladbaren Redox-Flow-Batterie (1) mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Redox-Flow-Batterie (1) umfassend eine erste Kammer (4) und eine zweite Kammer (5), wobei die erste Kammer (4) von der zweiten Kammer (5) von einer Membran (3) getrennt ist und wobei die erste Kammer (4) eine Kathode (15) umfasst und die zweite Kammer (5) eine Anode (16) umfasst, - Führen eines ersten Elektrolyten (13) als Katholyt in die erste Kammer (4) und Führen eines zweiten Elektrolyten (14) als Anolyt in die zweite Kammer (5) , wobei der erste Elektro¬ lyt (13) ein erstes Reduktions-Oxidations-Paar umfasst und der zweite Elektrolyt (14) ein zweites Reduktions-Oxidations- Paar umfasst und der erste und/oder zweite Elektrolyt einen pH stabilisierenden Puffer zum chemischen Stabilisieren des Reduktions-Oxidations-Paares umfasst,
- Aufladen oder Entladen der Redox-Flow-Batterie (1) .
2. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens als das erste Reduktions-Oxidations-Paar ein
Polyoxometallat verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Puffer derart ausgestaltet ist, dass ein pH-Puffer-Bereich des Puffers ei¬ nen elektrochemisch aktiven pH-Bereich des ersten und/oder zweiten Reduktions-Oxidations-Paares umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Puffer mit dem pH- Puffer-Bereich in einem pH -Bereich von 1 bis 6 verwendet wird .
5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Puffer mit dem pH- Puffer-Bereich in einem pH -Bereich von 6 bis 8 verwendet wird .
6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein Puffer mit dem pH- Puffer-Bereich in einem pH -Bereich von 8 bis 12 verwendet wird .
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als der pH stabilisierende Puffer ein erster Puffer umfassend Salzsäure, Glycin und Natriumchlorid, ein zweiter Puffer umfas¬ send Salzsäure und Kaliumhydrogenphthalat , ein dritter Puffer umfassend Citronensäure und Natriumeitrat, ein vierter Puffer umfassend Essigsäure und Natriumacetat oder ein fünfter Puf- fer umfassend Natriumhydroxid und Natriumhydrogenphthalat verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 3 oder 5, wobei als der pH stabilisierende Puffer ein sechster Puffer umfas- send Natriumdihydrogenphosphat und Dinatriumhydrogenphosphat verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 6, wobei als der pH stabilisierende Puffer ein siebter Puffer umfas- send Natriumtetraborat und Natriumhydroxid, ein achter Puffer umfassend Natriumcarbonat und Natriumbicarbonat oder ein neunter Puffer umfassend Mononatriumphophat und Natriumhydro¬ xid verwendet wird.
10. Elektrisch wiederaufladbare Redox-Flow-Batterie (1) um¬ fassend eine erste Kammer (4) und zweite Kammer (5) getrennt durch eine Membran (3), wobei die erste Kammer (4) eine Ka¬ thode (15) und die zweite Kammer (5) eine Anode (16) umfasst, und die erste Kammer (4) einen ersten Elektrolyten (13) als Katholyt aufweist und die zweite Kammer (5) einen zweiten Elektrolyten (14) als Anolyt aufweist, wobei der erste
Elektrolyt (13) ein erstes Reduktions-Oxidations-Paar aufweist und der zweite Elektrolyt (14) ein zweites Reduktions- Oxidations-Paar aufweist und der erste und/oder zweite Elekt¬ rolyt (13, 14) einen pH stabilisierenden Puffer zum chemischen Stabilisieren des Reduktions-Oxidations-Paares umfasst.
11. Redox-Flow-Batterie (1) nach Anspruch 10 mit einer ersten Pumpe (8) zum Pumpen des Katholyts durch die erste Kammer (4) und einer zweiten Pumpe (9) zum Pumpen des Anolyts durch die zweite Kammer (5) .
12. Redox-Flow-Batterie (1) nach einem der Ansprüche 10 oder 11 mit einem ersten Vorlagetank (6) mit dem ersten Elektrolyt
(13) , wobei der erste Vorlagetank (6) mittels einer ersten Leitung (17) mit der ersten Kammer (4) verbunden ist und mit einem zweiten Vorlagetank (7) mit dem zweiten Elektrolyt
(14) , wobei der zweite Vorlagetank (7) mittels einer zweiten Leitung (18) mit der zweiten Kammer (5) verbunden ist.
EP18748861.4A 2017-07-28 2018-07-09 Redox-flow-batterie und verfahren zum betreiben einer redox-flow-batterie Withdrawn EP3625844A1 (de)

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