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News | 12.10.2015
Vanadium-Redox-Flow-Batterie

Neue Konstruktion macht Bipolarplatten günstiger

Zu sehen ist ein Prototyp einer Bipolarplatte, die Wissenschaftler im Projekt Redox-Flow-Platte entwickelten.
© Eisenhuth GmbH
Tischmodell eines Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Stacks
© Eisenhuth GmbH
Monopolar-Platte mit integrierten Rahmen und eingearbeiteter Kanalstruktur
© Eisenhuth GmbH

Redox-Flow-Batterien sind relativ komplex aufgebaut und fehleranfällig. Daher integrierten die Forscher jetzt eine bipolare Platte direkt in einen Stack. Das spart Komponenten und zugleich Kosten. Obendrein macht es den Zusammenbau einfacher und das System zuverlässiger.

Vanadium-Redox-Flow-Batterien speichern elektrische Energie in geeigneten Elektrolytlösungen und eignen sich für Anwendungsfälle mit hohem Verhältnis von Kapazität zu Leistung, wie beispielsweise zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie aus Solar- und Windenergieanlagen. Das zentrale Bauteil der Redox-Flow-Batterie ist die Bipolarplatte. Bisher werden Graphitplatten eingesetzt, die mit einem separaten Kunststoffrahmen verbunden werden. Dieser Rahmen sorgt dafür, dass der Stack stabil und dicht bleibt und dass die Medienzufuhr auf die Kathode und Anode gewährleistet wird. Dieser Aufbau ist relativ komplex und fehleranfällig. Nur mit einem passgenauen Zusammenbau lassen sich spätere Undichtigkeiten vermeiden. Auch die unterschiedliche thermische Ausdehnung der verwendeten Materialien kann zu Problemen führen.

Ziel des Forschungsprojektes Redox-Flow-Platte war daher die Entwicklung einer integrierten Platte, in der die Bipolarplatte und der Rahmen aus einem Material bestehen beziehungsweise in ein gemeinsames Bauteil integriert sind. Das soll den Zusammenbau vereinfachen, die Komponenten reduzieren und das System so zuverlässiger und günstiger machen.

Schnell und fehlerfrei fertigen

Ein zeitintensiver und fehleranfälliger Fertigungsschritt ist bei der sogenannten Stack-Montage der Zusammenbau von Membran- und Elektroneneinheit, Dichtung und bipolarer Platte. „Hier ist ein passgenauer Zusammenbau der Komponenten immens wichtig, um im späteren Betrieb das Auftreten von Undichtigkeiten zu vermeiden“, erklärt der Projektleiter Thorsten Hickmann und weiß: „Die Integration einer Mono- bzw. Bipolarplatte in einen Kunststoffrahmen hat den Vorteil, dass dieser Montageschritt deutlich vereinfacht wird.“ Die Wissenschaftler statteten die Plattenrahmen mit einer Führung aus. So lassen sich mehrere Platten mithilfe eines Bolzens schnell und präzise fixieren. Zusätzlich sind in den Rahmen integrierte Kanalstrukturen effizienter im Batteriebetrieb. Durch die eine gleichmäßigere Verteilung der elektrolytischen Flüssigkeit auf der bipolaren Plattenoberfläche werden unerwünschten Kurzschlüsse reduziert.

Kosten senken

Bipolarplatten in Redox-Flow-Batteriesystemen sind teuer. Ein weiterer Aspekt der Forschungen war es, die Kosten zu senken.  „Nur dann wird sich das neu entwickelte Design auf dem Markt behaupten können“, erklärt der Projektleiter.
„Während unserer Tests erwies sich das Spritzgussverfahren als das aussichtsreichste Verfahren, um Bipolarplatten mit integrierter Dichtung am Stück herzustellen“, erklärt Hickmann. Da nur noch ein Teil am Stück gefertigt wird und auch die Dichtung integriert ist, sind weniger Komponenten notwendig. Auch komplexe Strukturen lassen sich so anfertigen. Das trägt nach Meinung der Forscher entscheidend dazu bei, die Kosten zu senken.

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