Redox–Flow–Batterie mit langer Lebensdauer

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Mangan als Aktivmaterial

Redox-Flow-Batterien, auch als Flüssigbatterien bekannt, speichern elektrische Energie in gelösten chemischen Verbindungen. Sie gelten besonders für stationäre Energiespeicher als Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien. Einem Team um Prof. Ingo Krossing vom Institut für Anorga­nische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es gelungen, eine nicht-wässrige All-Mangan-Flow-Batterie (All-MFB) zu ent­wickeln, deren aktive Komponenten nachhaltig verfügbares Mangan nutzen und eine lange Lebensdauer aufweisen. Die Ergebnisse ihrer Arbeit stellen die Forschenden in Advanced Energy Materials (CC BY-NC 4.0) vor.

a) Aufbau für Messungen in Flüssigbatterie mit Pumpen, b) Elektrolytbehälter und Schläuche mit charakteristischen Farben von [MnIICl4]2– und [MnIIICl5]2, c) Schematische Darstellung des gesamten Aufbaus – Bild © Advanced Energy Materials – CC BY-NC 4.0

Aktivmaterialien sind die chemischen Substanzen, die für die Energiespeicherung in Batterien benötigt werden. Die Freiburger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tauschten das bisher als Aktivmaterial verwendete Element Vanadium gegen das gut verfügbare Mangan aus. Krossing und sein Team verfolgten einen neuen Ansatz, damit das nachhaltige Mangan in der Batterie zum Einsatz kommt: Die Kopplung der Abscheidung von elementarem Mangan mit der Oxidation von Mangan in der Oxidationsstufe +II zu Mangan +III wurde bisher noch nicht verwendet, um elektrochemisch Energie zu speichern. Die neu entwickelte Batterie erreicht eine Energiedichte, die etwa doppelt so hoch ist wie bei der bisherigen Standard-Redox-Flow-Batterie mit Vanadium.

„Mit den in unserer Veröffentlichung vorgestellten Elektrolyten sind Energiedichten bis 74 Wh L–1 möglich“, erklärt Krossing. „Das ist im ersten Versuch schon viel besser als die Energiedichte der bereits seit 1978 erforschten Vanadium-Redox-Flow-Batterie.“ Es seien zwar noch weitere Optimierungen an der Batterie notwendig, sagt der Freiburger Chemiker, „aber dieses System beschreibt einen völlig neuen und vielversprechenden Aufbau zur nachhaltigen stationären Energiespeicherung.“

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