Bei der Energiegewinnung durch regenerative Energien kommt es zu zeitlichen Fluktuationen. Daher sind Energiespeicher zur Entlastung des Netzes notwendig. Die All-Vanadium Redox-Flow-Batterie (AVRFB) ist eine vielversprechende Technologie zur elektrochemischen Energiespeicherung und kann einen wichtigen Beitrag zum Gelingen der Energiewende leisten. In Redox-Flow-Batterien werden die Elektrolyte aus Vorratstanks durch zwei Halbzellen einer elektrochemischen Zelle gepumpt, in der Redoxreaktionen ablaufen. Hierdurch kann die Batterie Energie speichern oder Arbeit leisten. Die Besonderheit der AVRFB ist, dass in den schwefelsauren wässrigen Lösungen beider Halbzellen Vanadiumspezies verschiedener Oxidationsstufen eingesetzt werden. Eine bedeutende Kenngröße der AVRFB ist die reversible Zellspannung, die im elektrochemischen Gleichgewicht, also im stromlosen Zustand, an der Zelle anliegt. Die reversible Zellspannung wird durch die Nernst-Gleichung beschrieben, in die unter anderem die Aktivitätskoeffizienten der Spezies in den AVRFB-Elektrolytlösungen einfließen. Da diese Aktivitätskoeffizienten jedoch unbekannt sind, werden sie in der Literatur bei Berechnungen aktuell vernachlässigt. Hieraus resultieren große Unsicherheiten bei der Entwicklung von Modellen für die AVRFB.

Ziel ist es, ein thermodynamisches Modell für die Aktivitätskoeffizienten in den AVRFB-Elektrolytlösungen zu entwickeln, sodass die Nernst-Gleichung anwendbar wird. Hierzu werden umfangreiche Messungen der Aktivität mit der isopiestischen Methode sowie Messungen der reversiblen Zellspannung durchgeführt. Mit dem thermodynamischen Modell werden die Löslichkeitsprodukte der verschiedenen Vanadiumsalze aus publizierten Löslichkeitsdaten ermittelt. Auf dieser Basis erfolgt anschließend eine systematische Optimierung der Elektrolytzusammensetzung.

Vorlesungsbetreuung

• Thermodynamik der Mischungen (WS 2021/22)
• Elektrochemische Energiespeicherung (SS 2022)
• Elektrolytthermodynamik (WS 2022/23)
• Energieverfahrenstechnik (WS 2023/24)
• Prozessthermodynamik (WS 2024/25)

Sprechzeiten

Nach Vereinbarung

Veröffentlichungen

• J. Heiß, M. Kohns: Open Circuit Voltage of an All-Vanadium Redox Flow Battery as a Function of the State of Charge Obtained from UV-Vis Spectroscopy, Energy Advances 3 (2024) 2597-2603.

Vorträge

• J. Heiß, M. Kohns:  Electrochemical and Fluid Properties of Electrolyte Solutions in All Vanadium Redox Flow Batteries, 22nd Symposium on Thermophysical Properties, Boulder, USA, 24.-28.06.2024.
• J. Heiß, M. Kohns:  The Open Circuit Voltage of the All Vanadium Redox Flow Battery, Thermodynamik-Kolloquium, Stuttgart, 25.-27.09.2024.

Poster

• J. Heiß, M. Kohns:  Experimental Investigation of the Thermodynamic Behavior of All-Vanadium Redox Flow Batteries (Poster), Verfahrenstechnisches Doktorandenseminar der RPTU Kaiserslautern, Annweiler am Trifels, 21.-22.08.2023.

• J. Heiß, M. Kohns:  Experimental Investigation of the Thermodynamic Behavior of All-Vanadium Redox Flow Batteries (Poster), Thermodynamik-Kolloquium, Hannover, 25.-27.09.2023.

• J. Heiß, M. Kohns:  All-Vanadium Redox Flow Batteries: UV-Vis Spectroscopy and Open Circuit Voltage Measurements (Poster), 2nd International Conference on Energy, Environment & Digital Transition (E₂DT), Palermo, Italy, 22.-25.10.2023.