Modellierung der Crossover-Prozesse und Entwicklung von Kapazitatsausgleichsstrategien zur Betriebsoptimierung von Vanadium-Redox-Flow-Batterien

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Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie ist ein vielversprechendes Energiespeichersystem, das eine Schlüsselrolle in der Energiewende spielen kann. Ihr Aufbau bietet Vorteile als stationärer Speicher im Vergleich zu anderen Technologien, da Leistung und Kapazität unabhängig voneinander skalierbar sind und die Selbstentladung im Standby-Betrieb minimal ist. Allerdings führt die Kreuzkontamination von Vanadium-Ionen durch die Membran, ein Prozess bekannt als Crossover, zu einer kontinuierlichen Abnahme der Batteriekapazität. Die Transportmechanismen, die hierbei wirken, sind Diffusion, Migration und Konvektion. Um den Crossover-Prozess zu analysieren, werden die Membranparameter wie elektrischer Widerstand und Vanadium-Diffusionskoeffizienten experimentell bestimmt und in ein mathematisches Modell integriert. Prüfstandmessungen dienen der Validierung dieses Modells. Um der Kapazitätsabnahme entgegenzuwirken, werden verschiedene experimentelle und mathematische Kapazitätsausgleichsstrategien entwickelt und untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass durch unterschiedliche Methoden die Kapazitätsabnahme der Batterie verringert werden kann, was zu einem effizienteren Betrieb führt.