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Ausgewechselt

Forschungsgruppe der Uni Freiburg und Kolleg*innen ersetzen in Redox-Flow-Batterien einen kritischen durch einen nachhaltigen Rohstoff.
Ausgewechselt

Schematische Darstellung der elektrochemischen Reaktionen, die beim Laden und Entladen der All-MFB ablaufen.

27.05.2021

Eine große Herausforderung der Gegenwart und Zukunft ist es leistungsfähige Energiespeicher zu entwickeln, die in der Lage sind große Energiemengen zwischen zu speichern. Dies ist wichtig für die Integration erneuerbarer Energiequellen.

Neben den hinlänglich bekannten Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind Redox-Flow-Batterien (kurz RFB) eine attraktive Variante. Jedoch ist es bei allen Batteriesystemen notwendig, kritische und nur wenig verfügbare Elemente durch gut und nachhaltig verfügbare Rohstoffe zu ersetzen. Hierzu ist es notwendig, neue Batteriereaktionen zu etablieren, die effizient mit Verbindungen aus solch grünen Rohstoffen funktionieren

Das Standard-RFB System hat den großen Vorteil, dass es extrem langlebig ist und eine sehr hohe Energieeffizienz aufweist. Jedoch basiert es auf dem kritischen Element Vanadium.

Einem Team um Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie und Mitglied des Freiburger Materialforschungszentrums (FMF) ist es erstmals gelungen in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Dr. Sebastian Riedel von der Freien Universität Berlin und dem Fraunhofer ISE, ein neuartiges chemisches System zur Anwendung in einer Redox‑Flow-Batterie (All-MFB) zu entwickeln. Hierbei wurde statt des kritischen Vanadiums, das nachhaltige Mangan verwendet, und damit ein sehr guter Wirkungsgrad sowie eine sehr hohe Lebensdauer erreicht.

Die Besonderheit liegt oberflächlich in dem Austausch des aktiven Materials (Mangan statt Vanadium), dahinter verbirgt sich aber ein komplett neuartiger Ansatz, wie das nachhaltige Mangan in der Batterie zum Einsatz kommt. Die Kopplung der Abscheidung von elementarem Mangan mit der Oxidation von Mangan in der Oxidationsstufe +II zu Mangan +III wurde bisher noch nicht verwendet um elektrochemisch Energie zu speichern. Zusätzlich zur Verwendung des nachhaltigen Mangans, ist die erreichte Energiedichte mehr als doppelt so hoch wie bei der o. g. Standard-RFB.

Dieses neue und nachhaltige Forschungsergebnis wurde jetzt in Advanced Energy Materials publiziert.

"Mit den in unserer Publikation vorgestellten Elektrolyten sind Energiedichten von bis zu 74 Wh L−1 möglich", erklärt Krossing, "und das, obwohl wir nur das leicht verfügbare Element Mangan als aktives Material verwendet haben." Weitere Optimierungen der Batterie seien zwar notwendig, so der Freiburger Chemiker, "aber dieses System beschreibt ein neues und vielversprechendes Design für eine nachhaltige stationäre Energiespeicherung."

 

Original publication:

Schmucker, M. et al., Krossing, I. (2021): Investigations toward a Non‑Aqueous Hybrid Redox‑Flow Battery with a Manganese Based Anolyte and Catholyte. In: Advanced Energy Materials. DOI: 10.1002/aenm.202101261