Wie funktioniert Redox Flow?
Anders als bei der Lithium Batterie werden bei der Redox Flow Batterie flüssige Elektrolyte eingesetzt. Aus diesem Grund wird diese auch oft Flüssigbatterie gennant. Die flüssigen Elektrolyte fließen in zwei vollkommen voneinander getrennten Kreisläufen, die sich nicht vermischen. In der Praxis sieht das dann so aus, dass die flüssigen Elektrolyte in zwei Tanks aufgeteilt sind und jeweils mit einer Pumpe durch den Kreislauf befördert werden.
Zwischen den beiden Kreisläufen befindet sich eine galvanische Zelle. Durch eine Membran wird diese in zwei Halbzellen geteilt. In diesem Membran können auch die Ionen zwischen den beiden Elektrolyten ausgetauscht werden.
Wird die Batterie geladen, wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Beim entladen sieht es dann genau anders rum aus. Hier wird die chemische Energie in verwendbare elektrische Energie umgewandelt.
Das verwendete Elektrolyt selbst besteht aus einem in Lösungsmittel gelösten Salz. Die Zusammensetzung des Elektrolyts bestimmt auch maßgeblich die Energiedichte der Redox Flow Batterie. Als Redoxpaar werden zwei chemische Substanzen bezeichnet, die bei der Redoxreaktion miteinander reagieren. Bei der Redoxreaktion gibt ein Raktionspartner Elektronen ab und der andere nimmt sie auf. Die Aufnahme nennt sich REDuktion. Die Abgabe OXidation. Daher setzt sich auch der Name REDOX zusammen.
Beim Redoxpaar gibt es verschiedene Kombinationen. Die am weitest verbreitete ist aber die Verwendung von doppelten Vanadium. Hier befindet sich das Vanadium in beiden Tanks. Es gibt aber auch Kombinationen wo sich unterschiedliche Stoffe in den beiden Tanks befinden. Die Energiekapazität also die Größe des Speichers hängt von der Menge des Elektrolyts ab, also quasi von der Größe des Tanks. Die Ladeleistung ist allerdings abhängig von der Größe des Membrans.
Die Vorteile
Sicherheit
Auch wenn gewöhnliche Lithium Batterien mittlerweile als sehr sicher gelten, besteht immer ein Restrisiko. Der Aufbau und die Sicherheitsvorkehrungen können dabei noch so gut sein, trotzdem bleibt der Stoff Lithium brennbar und explosiv und wird alleine deshalb schon von vielen vermieden. Bei Redoxf Flow Batterien besteht hingegen keine Brandgefahr. Das macht sie zu eine der sichersten Batterien.
Keine Selbstentladung
Bei den Redox Flow Batterien wird oft damit Werbung gemacht, dass diese keine Selbstentladung haben. Das ist größtenteils richtig. Zwar kann es theoretisch zu einer kleinen Selbstentladung kommen, wenn ein Teil des Elektrolyts beim Umwandlungsvorgang „hängen bleibt“. Diese Menge ist in der Praxis aber unbedeutend und man kann tatsächlich sagen, dass die Redox Flow nicht von Selbstentladung betroffen ist. Vor allem wenn man bedenkt, dass die Lithium Speicher weiterhin stark unter der Selbstentladung leiden können, wenn diese länger nicht betrieben werden, zieht das Argument der geringen Selbstentladung hier auf alle Fälle sehr gut.
Flexible Skalierbarkeit
Vor allem an die Speicherkapazität und Ladeleistung eines Batteriespeichers gibt es sehr unterschiedliche Anforderungen. Während für die einen die Größe des Speichers am wichtigsten ist, muss für andere auch die Ladeleistung entsprechend hoch sein um zum Beispiel stärkere Verbraucher aus dem Akku betreiben zu können. Bei Lithium Speichern hat sich eine modulare Lösung etabliert. Dabei kann mit der Erweiterung von Modulen die Spannung und somit auch die Kapazität und Ladeleistung erhöht werden. Damit ist man zwar schon recht flexibel, ganz unabhängig skalierbar ist die Batterie so aber auch nicht.
Beim Redox Flow Speicher kann das recht einfach gemacht werden. Erhöht man Menge des Elektrolyts, steigt auch die Kapazität. Je größer die Tanks, desto größer also auch Kapazität. Die Menge an Elektrolyt im Tank kann theoretisch auch jederzeit wieder verändert werden.
Die Lebensdauer
Eine Sorge von Besitzern gewöhnlicher Batterien ist die Minderung der Kapazität. Lithiumspeicher sind zwar davon garnicht so sonderlich betroffen und halten sich sehr gut und sehr lang. Dennoch besitzen diese eine maximale Anzahl an Ladezyklen bis diese einen Großteil ihrer Kapazität verlieren und irgendwann unbrauchbar sind. 6000 - 8000 Ladezyklen sind für gewöhnliche Batterien schon sehr gut. Mit der Redox Flow Technologie sind mehr als 10000 Ladezyklen möglich ohne dass die Batterie davon spürbar an Kapazität verliert. Auch der sogenannte Memory Effekt, der durch wiederholtes Teilentladen auftritt und die Kapazität mindert, tritt beim Redox Flow nicht auf. Eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren ist also garantiert.
Alternative zu Lithium
Auch bei der Herstellung bringt der Redox Flow einen Pluspunkt mit. Vielleicht für viele sogar den ausschlaggebendsten. Denn es wird dabei auf seltene Rohstoffe wie Lithium verzichtet. Das am häufigsten verwendete Material ist Vanadium und kommt in großen Mengen auf der Erde vor. Vor allem auf lange Sicht gesehen ist das einer der Hauptgründe, weshalb bereits auf Redox Flow umgestiegen wird. Aber auch die Verwendung von Vanadium wird heiß diskutiert und muss immer wieder Kritik einstecken. Aber dazu kommen wir noch…
Würde es nur Vorteile geben, würde der Markt rund um die Batteriespeicher schon ganz anders aussehen. Es hat natürlich Gründe weshalb meist noch Lithium basierte Speicher in unseren Häusern stehen, denn auch die Redox Flow Technologie bringt Nachteile mit.
Die Nachteile
Geringe Energiedichte
Die Redox Flow hat im Vergleich zu gewöhnlichen Batteriespeichern eine sehr geringe Energiedichte. Das macht sie zwar nicht unbedingt schlechter aber um dieselbe Kapazität zu erreichen, muss der Speicher sehr groß ausgelegt werden. Und das kann wiederum beim Platz und Gewicht zum Problem werden. Sieht man die Entwicklung der Redox Flow Speicher an, wird man erkennen, dass diese vielmehr für Großprojekte anstatt für den privaten Haushalt verwendet werden. Die Größe und das Gewicht sind natürlich eine der Gründe dafür.
Montage und Aufstellungsort
Schwere Speicher, die viel Platz benötigen erfordern natürlich auch in der Montage zusätzlichen Aufwand. In Großanlagen sieht man die Redon Flow Speicher immer wieder in Container aufgebaut. Hier ist schließlich auch genug Platz, doch im eigenen Haus muss dieser erstmal zur Verfügung stehen. Montage und Installation ist also nicht immer ganz einfach beim Redox Flow.
Verwendung von Vanadium
Da sind wir also wieder. Wir suchen nach Alternativen für die Lithium Batterie und wieder ist es das Material, das uns Bedenken bereitet. Vanadium kommt zwar fast überall auf unserer Erde vor, der Abbau ist aber meist mit viel Aufwand verbunden. Das macht Vanadium teilweise auch sehr teuer. Zudem ist es nicht ganz ungefährlich und kann bei Kontakt auch gesundheitsschädlich sein. Natürlich spricht im Vergleich mit Lithium einiges für das Vanadium, da dieses unter anderem auch besser recyclebar ist. So ganz perfekt ist diese Alternative aber auch noch nicht.
Der Preis
Was natürlich auch stimmen muss, ist der Preis. Schließlich soll ein Batteriespeicher ja auch wirtschaftlich sein. Da die Redox Flow Speicher bis heute fast ausschließlich für Großanlagen verwendet werden, liegt kaum ein Preis für private Anwendungen vor. Auch nur wenige Hersteller habenen privaten Bereich spezialisiert. Der Preis kann dementsprechend noch nicht mit den gewöhnlichen Speichern mithalten. Aber das kann sich natürlich ändern sobald es doch einen Hersteller gibt, der die Speicher mit hohen Stückzahlen auf den Markt bringt.
Die Redox Flow Batterie ist gut - keine Frage. Vor allem die technischen Aspekte sprechen absolut dafür. Doch aktuell sprechen wir immer noch von einer Alternative - und Alternativen haben es immer schwer solange diese finanziell noch nicht mit den etablierten Lösungen mithalten können. Im gewerblichen Bereich werden sie schon gut eingesetzt, schließlich eignen sie sich dafür auch noch besser. Für private Anwendungen fehlt aber noch ein wenig der Durchbruch. Sind wir mal gespannt was die Zukunft noch so bringt.
