Die Energiewende steigert den Strombedarf privater Haushalte. Redox-Fluss-Batterien sind eine vielversprechende Alternative zu Lithium-Speichern, müssen aber effizienter und wartungsfreier werden. Im Projekt MoBs-RFB wird eine innovative Überwachungstechnologie sowie eine Betriebsstrategie für diese Batterien entwickelt, die deren Lebensdauer und Wirtschaftlichkeit erhöhen.
Photovoltaikanlagen können den steigenden Strombedarf privater Haushalte decken, erfordern aber effiziente Batteriespeicher. Eine nachhaltige Alternative zu Lithium- Ionen-Batterien sind Vanadium-Redox-Fluss-Batterien (VRFB). Der Einsatz hochleitfähiger Kationenaustauschmembranen reduziert den elektrischen Widerstand der Batterie und steigert ihre Effizienz. Gleichzeitig erhöht sich jedoch der unerwünschte Austausch von Vanadium-Ionen zwischen den Elektrolyten. Da dieser nicht völlig symmetrisch ist, sammelt sich über die Zeit mehr Vanadium auf einer Seite an, was die nutzbare Kapazität verringert.
rechts: Verlauf einer VRFB mit regelmäßiger Polaritätsumkehr zur Kapazitätswiederherstellung (Quelle: Hochschule für angewandte Wissenschaften München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (FK04), Institut für Nachhaltige Energiesysteme (ISES))
Um dies auszugleichen, wird eine Betriebsstrategie entwickelt, die die elektrische Polarisation der Batterie regelmäßig umkehrt. Durch dieses gezielte Umpolen gleichen sich die Konzentrationsunterschiede im Elektrolyten über mehrere Lade- und Entladezyklen wieder aus. So bleibt die Zusammensetzung beider Elektrolytseiten langfristig stabil und wartungsfrei erhalten. Zur genauen Überwachung wird eine Open-Circuit-Potential-Zelle (OCP-Zelle) zur Messung der Elektrolyt-Gleichgewichtspotenziale mit einem Beobachtermodell gekoppelt. Diese Kombination ermöglicht eine präzise Bestimmung des Lade- und Gesundheitszustands der Batterie und dient als Grundlage für die adaptive Steuerung der Betriebsstrategie.
Nach erfolgreichen Labortests werden OCP-Zelle, Beobachteralgorithmus und Betriebsstrategie in einem 2kW- 6kWh-Heimspeicher kombiniert. Ein realer Betriebstest soll zeigen, dass die Batterie durch diese Verbesserungen effizienter und wirtschaftlicher arbeitet und damit eine nachhaltige Lösung für die private Energiespeicherung darstellt.
