Nachweis der Funktionsfähigkeit von Redox-Flow-Batterien mit Hilfe von Impedanzspektroskopie-Messungen

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit setzt sich zum Ziel, den Nachweis der Funktionsfähigkeit von Redox-Flow-Batterien zu vereinfachen. Hierzu wurden Impedanzspektroskopie-Messungen an unterschiedlichen Redox-Flow-Batterien durchgeführt. Die bisher in der Literatur beschriebenen Impedanzmessungen beschränken sich auf Einzelzellen mit relativ kleinen Elektrodenflächen. Daher stellte sich zunächst die Frage, inwiefern solche Messungen grundsätzlich auch in Batterien mit mehreren Zellen und mit größeren Elektrodenflächen sinnvoll durchgeführt werden können. Sämtliche dazu erhobene Messergebnisse waren gut reproduzierbar und wiesen eindeutig darauf hin, dass das benutzte Verfahren sich auch für größere und komplexere Batterietypen eignet. Einer Vereinfachung der Funktionsüberprüfung von zum Verkauf anstehenden Redox-Flow-Stacks dient es, wenn diese Prüfung nicht mit dem aggressiven und toxischen Va-nadium-Schwefelsäure-Elektrolyten durchgeführt wird, aber dennoch zuverlässig die bei der Produktion eventuell auftretenden Fehler aufdeckt. Es zeigte sich, dass sich 0,01 molare Schwefelsäure hierfür in besonderer Weise eignet und zu reproduzierbaren und gut identifizierbaren Kurvenverläufen führt. Nach der Festlegung auf diesen Elektroly-ten wurden Batterien mit unterschiedlichen Fehlern manipuliert und anschließend ver-messen. Anschließend wurden drei unterschiedliche Methoden angewendet, mit denen diese Fehler identifiziert werden sollten, nämlich der Vergleich der Nyquist-Diagramme, der Vergleich der Bode-Diagramme und als letzte Methode der Vergleich der ermittelten Kennwerte von Ersatzschaltbildern. Es stellte sich heraus, dass alle drei Methoden geeignet sind, die vorgenommenen Pro-duktionsfehler aufzudecken. Besonders geeignet ist aber die Methode mittels des Bode-Diagramms, da diese auch die Möglichkeit eröffnet quantitative Aussagen zu treffen. Die entwickelte Methode zur ex-situ-Vermessung von Batterie-Stacks konnte somit erfolgreich evaluiert werden und sollte für Firmen, die Redox-Flow-Batterien produzie-ren, eine interessante Alternative zu den bisher gängigen Testverfahren darstellen.