Hochentwickeltes Vanadium-Pulver für VRFB-Materialien der nächsten Generation

Einführung

Vanadium-Redox-Flow-Batterien sind ein vielversprechender Bestandteil unserer Energiezukunft. Sie zeichnen sich durch eine lange Zykluslebensdauer und einen sicheren Betrieb aus. Die in unseren Batteriesystemen verwendeten Vanadium-Pulver können zur Verbesserung der Leistung hergestellt werden.

Grundlagen von Vanadium-Redox-Flow-Batterien

Vanadium-Redox-Flow-Batterien verwenden flüssige Elektrolyte. Die Batterie speichert Energie in Form von Vanadium-Ionen. Diese Ionen wechseln ihren Oxidationszustand, um Strom zu speichern oder abzugeben. Die Batterie besteht aus zwei Tanks, die durch ein Flusssystem verbunden sind. Wenn ein Tank Energie benötigt, fließt die Flüssigkeit durch einen Zellstapel, wo durch die Reaktion Strom erzeugt wird.

Die Struktur hat mehrere Vorteile. Die Batterien sind leicht skalierbar, indem die Größe der Tanks erhöht wird. Sie haben ein geringes Sicherheitsrisiko, da die Flüssigkeiten in einem geschlossenen System untergebracht sind. Unter Standardbedingungen kann eine Vanadiumbatterie über 10.000 Zyklen überstehen. Sie werden in vielen Ländern in Netzspeicherprogrammen eingesetzt. Die Unternehmen nennen in der Regel Beispiele für Situationen, in denen diese Batterien die Versorgung mit erneuerbarer Energie stabilisieren. Die Methode ist erprobt und hat sich als sicher und wirksam erwiesen.

Vanadium-Pulver als Ausgangsmaterial

Vanadiumpulver ist ebenfalls ein wesentlicher Bestandteil bei der Herstellung dieser Batterien. Das Pulver ist ein Ausgangsmaterial für den Vanadiumelektrolyt. Das Pulver ist ausschlaggebend für die Reinheit und Leistung der fertigen Batterie. In den meisten Fällen führt höherwertiges Vanadiumpulver zu einer stabileren Batteriereaktion. Untersuchungen zeigen beispielsweise, dass 99,5 % reines Vanadiumpulver im Vergleich zu Pulvern niedrigerer Qualität eine bessere Batterieleistung aufweist.

Bei der Herstellung wird rohes Vanadiumerz verwendet, das zu Pulver gereinigt wird. Anschließend wird das Pulver weiterverarbeitet, um die für die Batteriereaktion erforderlichen Oxidationsstufen zu erreichen. Ein gutes Beispiel ist die Verwendung von Vanadiumpentoxid (V2O5), das reduziert wird, um die niedrigeren Oxidationsstufen zu erzeugen. In unserer Forschung sind Reinigungsmethoden wie Kalzinierung und Reduktion keine Seltenheit.

Es gibt Hinweise darauf, dass eine sorgfältige Behandlung von Vanadiumpulver die Oberfläche und die Reaktivität erhöht. Erhöhte Reaktivität bedeutet, dass sich die Vanadiumspezies beim Entladen und Laden mit höherer Geschwindigkeit bewegen. In der Praxis haben Laborberichte aus Batterielabors gezeigt, dass der Wirkungsgrad bei hoch optimierten Vanadiumpulvern um bis zu 5 % höher ist. Dies deutet darauf hin, dass sich verbesserte Pulver direkt auf die Gesamtleistung von Batterien auswirken.

Fortschrittliche Vanadiumpulver-Materialtypen

Heutzutage werden verschiedene Arten von Vanadiumpulver verwendet: Es gibt Pulver, die chemisch gereinigt werden, und solche, die auf physikalischem Wege hergestellt werden. Eines davon ist hochreines Vanadiumoxidpulver. Diese Art von Pulver hat eine homogene chemische Zusammensetzung. Diese Art von Pulvern führt zu gleichmäßigen Batteriereaktionen. Sie sind in der Regel in großen Forschungslabors zu finden.

Es gibt noch eine andere Form, nämlich mechanisch gemahlenes Vanadiumpulver. Beim mechanischen Mahlen werden die Partikel sehr fein zerkleinert. Dadurch wird die für chemische Reaktionen verfügbare Oberfläche vergrößert. In einigen Beispielen in der realen Welt hat dieses feine Pulver die Reaktionsübertragungsraten erhöht. Dies hat Auswirkungen auf die Batteriefunktion über eine große Anzahl von Zyklen.

In bestimmten High-Tech-Materialien werden Zusatzstoffe verwendet. Die Form und Größe der Partikel wird durch den Einsatz von Zusatzstoffen reguliert. Kugelförmige Partikel sind für eine stabilere Batterieleistung verantwortlich. In einem vergleichbaren Fall in einer Batteriefabrik wurde festgestellt, dass die Zugabe von nanostrukturierten Additiven die Partikelagglomeration verhindert. Dies führte zu höheren Stromdichten bei der Verwendung und einer stabileren Batterieleistung.

Sowohl chemisch hergestellte als auch mechanisch gereinigte Vanadium-Pulver sind wichtig. Beide haben eine spezifische Funktion, um die Eigenschaften des Elektrolyten zu verbessern. Welches Pulver am besten geeignet ist, hängt von den Anforderungen der Anwendung und der Architektur des Batteriesystems ab. Einfach ausgedrückt: bessere Pulver bedeuten bessere Vanadiumsysteme.

Schlussfolgerung

Neue Vanadiumpulver sind vielversprechend für die nächste Generation von Vanadium-Redox-Flow-Batterien. Sie tragen dazu bei, die chemischen Reaktionen zu verbessern, die für die Energiespeicherung entscheidend sind. Kleine Fortschritte bei der Verarbeitung führen bereits zu einer besseren Leistung und längeren Lebensdauer der Batterien. Kleine Anpassungen am Pulver machen offensichtlich einen großen Unterschied.

Häufig gestellte Fragen

F: Wofür werden Vanadium-Redox-Flow-Batterien verwendet?

F: Sie werden in großem Umfang zur Energiespeicherung und für Notstromsysteme eingesetzt.

F: Warum ist der Reinheitsgrad von Vanadiumpulver wichtig?

F: Ein hoher Reinheitsgrad erhöht die Stabilität und Effizienz der Batterie beim Entladen und Laden.

F: Was ist die Verbesserung beim mechanischen Mahlen?

F: Es vergrößert die Oberfläche, was die Reaktionsgeschwindigkeit und die Batterieleistung erhöht.