Verbundvorhaben NextRedox - Neue Membranen für Vanadium-Redox-Flow-Batterien der nächsten Generation

Abstract

Das Projekt NextRedox adressiert zentrale Herausforderungen der Energiewende durch die Entwicklung leistungsfähiger und kostengünstiger Membranen für Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRB) – einer Schlüsseltechnologie für die stationäre Energiespeicherung. Ziel war die Substitution teurer, dicker PFSA-Membranen durch dünne (<20 μm), fluorfreie Kompositmembranen, bestehend aus einem porösen Polymerträger und einer dünnen anionenleitenden Ionomerschicht, die gezielt Vanadiumionen zurückhält und mittels skalierbaren Verfahren hergestellt werden können. Ein besonderes Ergebnis war die gezielte Porenbildung bei Polyacetylpyridinen, wodurch trägerlose, robuste Membranen mit hoher Effizienz und reduzierten Widerständen möglich wurden. Allerdings zeigte sich bei hoher Porosität auch erhöhter Vanadium-Crossover und eine begrenzte Langzeitstabilität. Die entwickelten Membranen wurden erfolgreich in Demonstratorzellen getestet und den Projektpartnern (u.a. Fraunhofer UMSICHT, SCHMALZ) zur Validierung bereitgestellt. Das IMTEK koordinierte das Projekt, führte die Membranherstellung, in situ und ex situ Charakterisierungen durch und arbeitete eng mit dem HIERN zusammen, das die Ionomere entwickelte. Fazit: NextRedox lieferte wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung kostengünstiger, effizienter und skalierbarer Membranen für Redox-Flow-Batterien.

The NextRedox project addresses key challenges of the energy transition by developing high-performance, cost-effective membranes for vanadium redox flow batteries (VRB) – a key technology for stationary energy storage. The aim was to replace expensive, thick PFSA membranes with thin (<20 µm), fluorine-free composite membranes consisting of a porous polymer carrier and a thin anion-conducting ionomer layer that specifically retains vanadium ions and can be manufactured using scalable processes. A notable result was the targeted pore formation in polyacetylpyridines, which enabled the production of carrier-free, robust membranes with high efficiency and reduced resistance. However, high porosity also resulted in increased vanadium crossover and limited long-term stability. The developed membranes were successfully tested in demonstrator cells and made available to the project partners (including Fraunhofer UMSICHT and SCHMALZ) for validation. IMTEK coordinated the project, carried out membrane production and in situ and ex situ characterizations, and worked closely with HIERN, which developed the ionomers. Conclusion: NextRedox provided important insights for the development of cost-effective, efficient, and scalable membranes for redox flow batteries.