Verbundvorhaben FLOW3DKAT: Katalysierte 3D-strukturierte Kohlenstoffelektroden für Vanadium-Redox-Flow Batterien (FLOW 3D KAT) - 3D-Strukturierung und Katalyse der positiven Elektrode"

Vanadium-basierte Redox-Flow-Batterien (VRFB) sind eine im Megawatt-Maßstab weltweit bewährte Stromspeicher-Technologie. VRFB vereinen Vorteile von Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und wieder aufladbaren Batterien (Akkus). Anders als bei herkömmlichen Akkus speichern VRFB die chemische Energie nicht in festen Elektroden, sondern in zwei transportablen und separat lagerbaren Flüssigkeiten (Elektrolytlösungen). Akku-Kapazität und elektrische Leistung sind daher unabhängig skalierbar. Diese Funktionsweise ist vergleichbar mit jener von Brennstoffzellen. Der praktische Energiewandlungswirkungsgrad von VRFB ist mit 60…80 % bei weitem höher als jener von wasserstoffbasierten Systemen mit Elektrolyseuren und Brennstoffzellen mit 20…30 %. Die Forschung im Arbeitskreis Prof. Dr. Michael Bron an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg zielt u.a. auf die nachhaltige Steigerung des Wirkungsgrades von VRFB um 10…15 % ab.
Die Entwicklung von 3-dimensional strukturierten und elektrokatalytisch aktiven Kohlenstoff-Elektroden für VRFB bildet das Fundament dieses Arbeitszieles. Wissenschaftliche Expertise besteht in den drei Bereichen chemisch-physikalisch-morphologische Charakterisierung, fortschrittliche elektrochemische Charakterisierung sowie direkte Synthese von kohlenstoff-basierten Elektrokatalysatoren. Umfangreich untersuchte Kohlenstoffe sind beispielsweise Oberflächen-funktionalisierte Kohlenstoff-Nanoröhrchen (CNTs), reduziertes Graphen-Oxid (rGO) oder mesoporöse Graphit-Partikel (Porocarb®). Systematisch weiterentwickelte elektrochemische Methoden sind elektrochemische Raster-Mikroskopie, Raman- und Infrarot-gekoppelte Spektroelektrochemie sowie In-Situ-Elektrodenpotentiale in VRFB. Synthesemethoden für neuartige Kohlenstoffe sind chemische Gasphasenabscheidung und thermisch/elektrochemische Reduktionsverfahren. Das BMBF-geförderte Projekt Flow3DKat umfasst deutschlandweit drei universitäre und einen industriellen Verbundpartner mit vergleichbaren Vorhaben.