Redox-Flow Batterien sind schon seit einigen Jahren im Einsatz, um Versorgungsschwankungen von erneuerbaren Energiequellen abzufangen und so unser Stromnetz stabil zu halten. Die Funktionsweise von Redox-Flow Batterien basiert dabei auf chemischen Reaktionen von Flüssigkeiten im Tank. Sie sind langlebig, von Natur aus sicher im Betrieb und können einfach an spezifische Anforderungen angepasst werden – von kleinen Anwendungen z. B. in Haushalten bis hin zu großen Anlagen zum Lastenausgleich. Die derzeit wichtigsten kommerziellen Technologien bei Redox-Flow Batterien basieren auf wenig nachhaltigen und noch dazu toxischen Materialien, die auch andere Komponenten der Batterie schädigen und so einen frühzeitigeren Austausch nötig machen. Das Konsortium bestehend aus dem StartUp Ecolyte (Projektkoordinator), der Technischen Universität Graz, dem spanischen Unternehmen Biobide, der Technische Universität Darmstadt sowie dem Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe an der Montanuniversität Leoben erforscht im Projekt „VanillaFlow“ eine ganzheitliche Lösung für nachhaltige Redox-Flow Batterien.
Vanillin als Gamechanger: Neuer Rohstoff kommt ins Spiel:
Ziel des Projekts VanillaFlow ist es, ein umweltfreundliches Batteriesystem zu entwickeln, das mit nachwachsenden Rohstoffen funktioniert, die in der EU gut verfügbar sind und keine schädlichen Stoffe beim Recycling freisetzen. Untersucht werden vor allem chemische Strukturen wie Vanillin, der Aromakomponente der Vanilleschote, und verwandte Hydrochinone. In einem neuartigen biotechnologischen Verfahren soll Vanillin mit Hilfe von modifizierten Hefen so umgewandelt werden, dass es in einer Batterie als redoxaktives Molekül zur Stromerzeugung eingesetzt werden kann. Die Verwendung dieser neuen Bestandteile ermöglicht auch die Verwendung von umweltfreundlicheren Materialien bei anderen Komponenten der Batterie. So sollen neue Membranen, die in der Batterie als Barriere zwischen den Flüssigkeiten dienen, auf Papierbasis entwickelt werden; und auch die Kohlenstofffilze, die der Batterie als Elektronenleiter dienen, sollen in ihren Oberflächeneigenschaften optimiert werden. Dabei kommt auch Künstliche Intelligenz zum Einsatz: Maßgeschneiderte KI-Unterstützungssysteme sollen sowohl bei der Entwicklung der Batterie als auch bei der Integration in bestehende Systeme sowie bei Steuerung von Be- und Entladung helfen. Das entwickelte Batteriesystem soll schließlich in das Photovoltaiknetz am Campus der TU Graz integriert werden.
Unser Beitrag: Verbesserte Oberflächen für mehr Effizienz und Langlebigkeit
Der Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe an der Montanuniversität Leoben beschäftigt sich im Rahmen des Projektes mit der Optimierung der Oberflächen der Kohlenstofffilze. Wie bereits beschrieben, dienen diese Filze als Elektronenleiter – sie gewährleisten den Elektronenfluss zu den Stromabnehmern. Bisher wurde dieser Bestandteil der Batterie in der Forschung nur wenig behandelt, dies soll sich nun ändern. Durch Modifizierung der Oberfläche soll einerseits die Leitfähigkeit der Filze verbessert und damit mehr Strom durchgeführt werden können, und andererseits sollen dadurch Verschmutzungen und Ablagerungen minimiert werden, sodass diese Filze länger haltbar sind. Dafür werden ausgewählte Methoden zur Oberflächenfunktionalisierung durch nasschemische oder trockene Aktivierungsmethoden erforscht, sowie Methoden der Silanisierung und Grafting-Reaktionen eingesetzt. Dieser Prozess wird ebenfalls von KI-Systemen unterstützt.
Förderung: HORIZON-EIC-2022-PATHFINDERCHALLENGES-01
Projektpartner: Technische Universität Graz (Koordinator), Ecolyte GmbH, Biobide, Technische Universität Darmstadt, Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe an der Montanuniversität Leoben
Mehr Informationen:www.vanillaflow.eu
Kontakt:
Dipl.-Ing. Dr.mont. Christine Bandl
christine.bandl@unileoben.ac.at
+43 3842 402 – 2306
