1 MWh Redox-Flow Netzspeicher

Laufzeit: 01.06.2010 - 28.02.2013
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMU)
Kooperationspartner: Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, Pfinztal; Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen
Webseite: battery-lab.umsicht.fraunhofer.de
Erprobung eines neuen Stack-Designs für eine 5 kWel Redox-Flow-Batterie mit 40 Zellen und einer Zellfläche von 2000 cm2.
© Fraunhofer ISE

Erprobung eines neuen Stack-Designs für eine 5 kWel Redox-Flow-Batterie mit 40 Zellen und einer Zellfläche von 2000 cm2.

Zur Entwicklung eines skalierbaren Stromspeichers mit einer elektrischen Leistung von 100 kWel und einer Kapazität von 1 MWhel beschäftigen wir uns am Fraunhofer ISE mit der Stack- und Systementwicklung  sowie mit dem Management von Redox-Flow-Batterien. Durch die simulationsgestützte Analyse und Auslegung von Redox-Flow-Batterien identifizieren wir Optimierungspotenziale auf Zell- und Stackebene und nutzen sie für die Weiterentwicklung des Designs. Im Rahmen Projekts »1 MWh Redox-Flow Netzspeicher« haben wir einen optimierten Zellstapel mit einer Leistung von 5 kWel für die Anwendung in Inselsystemen oder netzgekoppelten Speichersystemen entwickelt. Auf Stackebene werden Zyklen-Wirkungsgrade von über 80 % erreicht werden. Die aktuellen Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die weitere Erhöhung der Leistungs- und Energiedichte sowie die Reduktion der Herstellkosten eines 5 kWel Zellstapels.

Mittels multiphysikalischer Modellierung werden grundlegende Fragestellungen zur Optimierung auf Zellebene beantwortet. Hierdurch können wir ein tieferes Verständnis für die ablaufenden Prozesse und die Verlustmechanismen entwickeln. Gezielte in-situ Messungen an Einzelzellen und ex-situ Messungen an Elektrode, Membran und Elektrolyt ermöglichen die Charakterisierung von Lade- und Entladevorgängen sowie die Erhebung von Stoffparametern als essentielle Datengrundlage für Modellierungs- und Simulationsarbeiten. Für die experimentellen Arbeiten an Einzelzellen wurde ein vollautomatisierter Teststand mit detaillierten Testprotokollen entwickelt. Er steht für umfassende Materialcharakterisierungen zur Verfügung.

Im laufenden Jahr konnte die Entwicklung und der Probebetrieb eines 5 kWel Zellstapels erfolgreich abgeschlossen werden. Diese Leistungsklasse eignet sich sehr gut, um systemrelevante Prozessparameter zu untersuchen und zu optimieren. Basierend auf den Erfahrungen dieser Entwicklungsarbeiten optimieren wir das Stackdesign weiter und verfolgen alternative Zellkonzepte zur Steigerung der Leistungsdichten und Reduktion der Herstellungskosten.

Aufgrund der aussichtsreichen Ergebnisse der Entwicklungsarbeiten auf Material- und Stack- und Systemebene wurde ein Redox-Flow-Batteriesystems mit Netzkoppelung mit einer Leistung von 5 kWel und 20 kWh aufgebaut und in Betrieb genommen. Aktuell werden Betriebsdaten in einem Feldtest erfasst und ausgewertet.