Embossed bipolar plates for redox flow batteries - EmboPlate

Abstract

Aufgabe des ZAE Bayern im Projekt "EmboPlate" war die Entwicklung, Optimierung und Charakterisierung von Mono- und Bipolarplatten im Labormaßstab. Diese Arbeiten wurden mit den beiden Partnern Schmalz (Integration der MPP und BPP in den Flussbatterie-Stack) und SGL (Weiterentwicklung von Werkstoffen zur Anwendung in der Flussbatterie) durchgeführt. Nach der Recherche zum Thema Flussfelder in Flussbatterien und hydraulischen Simulationen wurden verschiedene Flussfelder designt. Nach Herstellung der Proben durch SGL wurden diese hydraulisch und elektrochemisch charakterisiert. Hier konnte bei konstanten Elektrolytvolumenströmen keine signifikante Verbesserung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit (erwartet wurde eine Reduzierung des Diffusionswiderstands) nachgewiesen werden. Eine Erhöhung der Volumenströme um mit dem Benchmark vergleichbare Strömungsgeschwindigkeiten in der Elektrode zu erhalten zeigte eine Reduzierung des Diffusionswiderstands. Dies benötigt aber sehr hohe Volumenströme, was den Hilfsenergiebedarf erhöht und damit den Systemwirkungsgrad reduziert. Bei zum Benchmark vergleichbaren Volumenstrom konnte jedoch eine signifikante Reduktion des Druckverlusts (bis zu 79 %) beobachtet werden. Bei vergleichbarem elektrochemischem Verhalten kann diese Einsparung direkt in eine Erhöhung des Systemwirkungsgrads umgerechnet werden. Den Stapelabschluss betreffend zeigten Simulationen die Möglichkeit metallfreie Stromabnehmer in Flussbatterien zu verwenden. Nach Messungen zum Widerstand gestapelter kommerzieller Monopolarplatten zur Abschätzung eines maximalen elektrischen Widerstands von Monopolarplatten hoher Dicke (> 4mm) wurden entsprechende MPP von SGL hergestellt und am ZAE charakterisiert. Unter Laborbedingungen zeigte die Einzelzelle mit einer 6 mm dicken MPP als Stromabnehmer einen um 7 %-Punkte niedrigeren Spannungswirkungsgrad als der Benchmark mit metallischem Stromabnehmer. Berücksichtigt man den geringen Einfluss des Stapelendes auf den Stack, kann davon ausgegangen werden, dass metall-freie Stapelabschlüsse unter gewissen Bedingungen eine interessante Alternative zu herkömmlichen Stromabnehmer sein können.