Der Eisen Redox Flow Batterie Thread

Aloha,

Ich hatte gerade in Andreas' neuestem Youtube-Video etwas rumgepöbelt und das scheint auf Interesse zu stoßen, also stelle ich euch mal das Konzept der Eisen Redox Flow Batterie vor.

Die Idee ist, zwei Tanks mit Elektrolyten auf Wasserbasis zu haben. Es gibt zu jedem Tank eine Pumpe, die das Elektrolyt an den Elektroden vorbei pumpt. In der Mitte gibt es eine Membran, die den Ionenaustausch erlaubt. Im ungeladenen Zustand befinden sich in beiden Tanks Eisen(II)-Ionen. Wird die Batterie geladen, wird an der einen Seite Eisen(II) zu Eisen(III) oxidiert, während an der anderen Seite Eisen(II) zu Eisen reduziert wird, es setzt sich auf der Elektrode also Eisen ab. Beim Entladen löst sich das Eisen wieder auf und an der anderen Seite wird analog Eisen(II) zu Eisen(III) reduziert.

Die Energieeffizienz liegt bei 70%, Energiedichte (praktisch) 30 Wh/l. Aber der Preis ist unschlagbar.

Vorteile:

Nachteile:

Hier gibt es ein Paper: https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/abcf50/pdf

EDIT: Kleiner Nachtrag. Das Problem mit dem Wasserstoff und der geringen Effizienz lässt sich durch hinzufügen von AQDS ins Elektrolyt (beidseitig) vollständig beheben ( https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ab84f8/pdf ). Die Effizienz liegt dann bei 100%. Es setzt sich dann auch kein Eisen mehr ab, das heißt, die Leistungsdichte steigt.

EDIT2: Mal eine Überschlagsrechnung der benötigten Materialien und Kosten für eine 30 kWh-Batterie.

Das Paper gibt eine Zellspannung von 0,62 Volt an. Dann müssen wir 174 MC speichern. Mit der Faraday-Konstante von 96485 C/mol brauchen wir 1803 mol Eisen(II) (das jeweils 1 Elektron abgeben kann) und 901 mol AQDS (das jeweils 2 Elektronen aufnimmt). Die verwendete Zellchemie ist symmetrisch mit 1 M Eisen(II)sulfat, 0.5 M AQDS, 2 M Schwefelsäure. Das sind also pro Seite:

- 274 kg Eisen(II)sulfat (eBay, 220 Euro)
- 330 kg AQDS (CAS 853-67-8, Alibaba.com, 3300 Euro)
- 354 kg H2SO4 (Jokora, im PE-Fass, ca. 400 Euro)
- 1770 kg H2O (Umkehrosmoseanlage kaufen ist wahrscheinlich billiger als Kanister, ca. 400 Euro)

Die Dichte weiß ich nicht, grob geschätzt (1,2 kg/Liter) würde ich 2x 2300 Liter sagen.

= Gesamtkosten für die Chemie (2 Elektrodenseiten) von 8240 Euro.

Dazu kommen noch Elektroden (mit 10% Kohlenstoffnanoröhren - ca. 60 Euro pro Gramm) und PEM (Nafion 117, 15x15 cm kosten 200 Euro). Sowie Kleinkram wie Behälter, Pumpen und Elektronik. Der Hohe Preis liegt vor allem im AQDS begründet, das aber gebraucht wird, um die Nachteile der Zellchemie auszugleichen. Das Paper selber rechnet mit Preisen um 1-2 Euro pro Kilo, was vielleicht sein kann, aber für den Hobbyisten nicht machbar ist.

Cheerio!