Was ist eine Redox-Batterie?
Eine Redoxbatterie, auch Redox-Flow-Batterie genannt, ist eine Art Batterie, die chemische Energie durch Verwendung von extern gespeicherten, elektrisch leitenden chemischen Substanzen, so genannten Elektrolyten, in elektrische Energie umwandelt. Redox bezieht sich auf eine Oxidations-Reduktions-Reaktion, die eine chemische Reaktion ist, bei der die Atome oder Moleküle einer Substanz Elektronen verlieren oder oxidiert werden, und diejenigen einer anderen Substanz Elektronen gewinnen oder reduziert werden. Diese Bewegung geladener Teilchen erzeugt einen elektrischen Strom. Dieser Strom wird erzeugt, wenn die Elektrolyte aus den Vorratsbehältern gepumpt werden, in denen sie in einem Stapel gespeichert sind, wo sie zusammen eine chemische Oxidations-Reduktions-Reaktion erzeugen, die nützlichen elektrischen Strom erzeugt.
Redox-Batterien funktionieren ähnlich wie herkömmliche Haushaltsbatterien. Im Gegensatz zu einer Batterie, die in einem Mobiltelefon oder Wecker verwendet wird, ist eine Redox-Batterie nicht kompakt in einer Einheit enthalten. Sein negativ geladener Elektrolyt wird in einem externen Tank gespeichert, und sein positiv geladener Elektrolyt wird separat in einem anderen externen Tank gespeichert. Während diese Elektrolyte getrennt werden, findet zwischen ihnen kein Elektronenaustausch statt. Wenn Elektrizität benötigt wird, werden die Elektrolyte in eine als Stapel bezeichnete Einheit gepumpt, in der eine Oxidations-Reduktions-Reaktion stattfindet, bei der Elektronen zwischen ihnen ausgetauscht werden, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird.
Die Verwendung von Redox-Batterien bietet in bestimmten Anwendungen eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Batterietypen. Ein großer Vorteil ist, dass eine Redoxbatterie eine sehr große Energiemenge speichern kann, typischerweise von einigen Kilowatt bis zu einigen Megawatt, abhängig von der Menge der verfügbaren Elektrolyte. Redox-Batterien können unter Verwendung ungiftiger Substanzen hergestellt werden und setzen im Laufe ihres Betriebs keine umweltgefährdenden Substanzen frei. Sie haben auch eine lange Lebensdauer, sind wartungsarm und können relativ schnell wieder aufgeladen werden.
Andererseits benötigt eine Redoxbatterie ein relativ großes Volumen an Elektrolyten für die Menge an Energie, die sie erzeugt, was sie für die Stromerzeugung in kleinem Maßstab oder für den Einsatz in tragbaren Anwendungen unpraktisch macht. Ein weiterer Nachteil ist der aufwändige Hardware-Aufbau eines Redox-Akkus. Dazu sind Geräte wie Tanks, Pumpen, um die Elektrolyte in den Stapel zu befördern, Steuerungssysteme zur Regulierung des Elektrolytflusses und vieles mehr erforderlich. Aus diesen Gründen werden Redox-Batterien am häufigsten in Großanwendungen oder an Orten außerhalb des Stromnetzes eingesetzt, an denen große Strommengen erforderlich sind.
Beispielsweise kann eine Redoxbatterie Strom für eine entfernte Mobiltelefonstation liefern, bei der kein Strom aus dem Netz verfügbar ist und eine häufige Wartung teuer wäre. Eine andere Anwendung, für die Redoxbatterien gut geeignet sind, ist das Ausgleichen der verfügbaren Strommenge aus Solar- oder Windenergieanlagen. Solarenergie wird bei Sonnenschein erzeugt. Windenergie entsteht, wenn der Wind weht. Die Energieerzeugung aus einer dieser Quellen kann dramatisch sinken, da ungünstige Wetterbedingungen zu unerwünschten Einbußen bei der Energieverfügbarkeit führen. Eine Redox-Batterie kann verwendet werden, um überschüssigen Strom bei der Produktion zu speichern und später den verfügbaren Strom auszugleichen, wenn Wetterveränderungen die Erzeugung von Sonnen- oder Windenergie verringern.