Redox-Flow-Batterien (RFB) sind stationäre Energiespeicher, die sich hervorragend für den Ausgleich fluktuierender Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen eignen. Die unabhängige Skalierbarkeit von Kapazität und Leistung des Systems, die hohe Zyklen Lebensdauer der flüssigen Elektrolyte und die geringe Selbstentladung sind nur einige der Hauptvorteile gegenüber derzeit führenden Speichertechnologien wie Li-Ion-Batterien.

Im Rahmen des EU-Projekts SONAR wird ein Konzept für die simulationsbasierte Auswahl umweltfreundlicher und preiswerter organischer Aktivmaterialien für wässrige RFB entwickelt. Dabei kommen Simulationsmethoden auf unterschiedlichen physikalischen Skalen und datenbasierte Modellierungen zum Einsatz.

Das MVM befasst sich hierbei mit dreidimensionalen Performance Simulationen auf der Porenskala, um Limitierungen wie strukturabhängige Transportbeschränkungen oder schwankende lokale Überpotentiale zu identifizieren und zu visualisieren. Dazu kommt die Untersuchung computergenerierter und realer poröser Elektroden, um weitere Erkenntnisse darüber zu gewinnen, wie strukturelle Eigenschaften wie Porosität, spezifische Oberfläche, Faser- oder Porengröße das Batterieverhalten beeinflussen. Außerdem werden Berechnungen zur Designoptimierung auf Zellebene durchgeführt.

Drittmittelgeber: Europäische Union

Porenskala-Modell einer Flow Batterie Halbzelle mit zugrundeliegenden Gleichungen für Elektrolytgebiet und feste Fasern. Elektrochemische Kopplung über Butler-Volmer Randbedingung.

Simulierter Halbzellenausschnitt der Mikrostruktur der Elektrode und zusätzlicher Stromableiterplatte. Elektrolyt fließt von unten nach oben. Konzentrationsprofil von umgesetztem Aktivmaterial entwickelt sich entlang der Strömung. Spannungspotential zwischen Membran (links) und Ableiter mit daraus resultierendem ionischem Stromfluss.