Redox Flow Batterien für den Industriellen Einsatz

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1 Redox Flow Batterien für den Industriellen Einsatz Dr.Thorsten Hickmann Eisenhuth GmbH & Co. KG 1

2 Produktspektrum Eisenhuth a. Formenbau für die Automobil-Industrie, Maschinenbau, Medizintechnik b. Fertigung von Gummi-, Kunststoff- Siliconteile (Mittel-/Kleinserien) c. Komponenten für Brennstoffzellen, Batterien, elektrochemische Anwendungen 2

3 Aktuelle Kunden im Bereich Bipolarplatten / Dichtungen 3

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5 SICHERHEIT DER STROMNETZE (SAIDI = System Average Interruption Duration Index) Netzsicherheit in Deutschland: Vergleichsweise hoch bislang, aber Dennoch: Kosten bei ungeplanten Shutdown: IT / Steuerungen / Bauteile? Ungeplante Ausfallkosten sind nicht zu unterschätzen Quelle: 5

6 Was kostet Strom heute? - Im Strompreis sind viele Umlagen und Abgeaben enthalten. Diese übersteigen deutlich die Erzeugungskosten. - Reiner Strompreis : ca. 3-4,5 ct/kwh -Sparen der Stromnebenkosten durch Eigennutzung Regenerativ hergestelltem Strom - Optimierung der Nutzungsdauer durch elektrochemische Speicher wie Redox-Flow Batterien Quelle: Radotronic GmbH 6

7 Was kostet Strom zukünftig? Solarstrom lässt sich für ca. 9 ct/kwh herstellen Ziel ist ein möglichst hoher Eigenverbrauchsanteil Je höher der Eigenverbrauchsanteil, desto höher ist die Ersparnis 100% Eigenverbrauchsanteil bei Verwendung von elektrochemischen Speichern Quelle: B&W Energy, Intelligente Lösungen 7

8 Speichersystem sinnvolle Option für Unternehmen? Batteriespeichersysteme in einem Mix von regenerativen Anlagen können den Eigenverbrauch deutlich steigern Speichersysteme werden individuell an Bedürfnisse angepasst Möglichkeit von Peak-Shaving Batteriespeicher werden für Anlagen bis 30 KW vom Bundesumweltministerium duch die KFWBank mit bis zu 25 % des Speicherpreises gefördert* In Verbindung mit einer Backup-Box bieten Speichersysteme eine Ersatzstromversorgung * Siehe auch KFW-Programm erneuerbare Energien Speicher 8

9 Redox Flow Batterien: Flüssige Stromspeicher von Solaranlagen Redox-Flow-Batterien auch Flüssig- Batterien Basieren auf flüssigen elektrochemischen Speicher Anders als bei einem Blei-Akku oder einer Lithium-Ionen-Battterie werden bei der Redox-Flow-Batterie flüssige Elektrolyte eingesetzt, die in zwei voneinander voll- Kommen unabhängigen Kreisläufen fließen Die Flüssigkeiten (bislang in der Regel Vanadium) werden in Tanks gelagert, die beliebig skalierbar sind Quelle: Energieforschungszentrum Niedersachsen, Clausthal 9

10 Funktionsweise einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie Der Elektrolyt wird in externen Tanks Gelagert und von dort für die Be- und Entladung durch Reaktionszellen gepumpt. positiver und negativer Elektrolyt wird durch eine Membran getrennt Duch elektrochemische Reaktionen bewegen sich Elektronen zwischen den in verschiedenen Ladungszuständen vorhandenen Ionen des Elektrolyts So wird chemische Energie in elektrische Energie (Entladung) oder elektrische Energie in chemische Energie (Ladung) umgewandelt, ähnlich wie bei einer Brennstoffzelle oder Eletrolyse Quelle: Energieforschungszentrum Niedersachsen, Clausthal 10

11 Energiedichte von Redox Flow Batterien im Vergleich zu anderen Energiespeichern Batterietyp / Energiespeicher Vanadium-Redox-Flow- Batterie Bromid-Redox-Batterie Energiedichte Ca. 25 Wh pro Liter Ca. 50 Wh pro Liter Blei-Akkumulatoren Ca. 80 Wh pro Liter Li-Ion-Batterie Ca. 150 Wh pro Liter 11

12 Vor- und Nachteile von Redox-Flow Batterien Vorteile Nachteile Keine Selbstentladung der Batterie Wirkungsgrade weit über 80% Hohe Lebenserwartung Vergleichsweise hohes Gewicht (nur Stationär) Vergleichsweise erschwerte Installation Geringe Energiedichte Ca Ladezyklen möglich Kein Memory-Effekt Keine Brandlast!!!!! Preise (ähnlich wie Li- Ionen-Batterien) zu hoch 12

13 F& E Redox Flow Redox-Flow Speicher Verbundprojekt Redox-Flow-Extrusion Herstellung von Bipolarplatten in m²-größe durch Extrusion Industrial Solutions 13 13

14 F & E Redox Flow Extrusion: Ziel: Neues Herstellverfahren Megawatt Stromspeicher für die Energiewende, also auch für mittlere und große Unternehmen als Speicherlösung geeignet Neues Herstellverfahren von Bipolarplatten für Redox-Flow-Speicherleistungen im zwei bis dreistelligen Megawatt-Bereich KOSTENREDUKTION! Lösungsweg: Größenordnung MW erfordert Zellen bzw. Platten mit großen Flächen Zellfläche in der m² Größenordnung. Vgl.: Stand der Technik:ca. 0,1-0,3 m² Substanzielle Weiterentwicklung der Materialien und Herstellprozesse erforderlich Strangextrusion der Bipolarplate im m² - Maßstab Industrial Solutions 14

15 F& E Redox Flow Extrusion: Partner Forschung und Entwicklung ZBT: Industrienahe Forschung zu Compounding und Bipolarplatte, umfangreicher Maschinenpark, langjährige Erfahrung mit Graphit-Composite Platten Energie-Forschungs-Zentrum Niedersachsen, EFZN: Know-how und umfangreiches Equipment für ex-situ Analytik, Erfahrung in Energietechnik, z.b. Brennstoffzelle, Elektrolyse, Batterietechnik KMU / Industrie Eisenhuth: Industrieller Hersteller Bipolarplatten, Compounds und Dichtungen, Werkzeugbau, Erfahrung in Brennstoffzelle, Redoxflow-Batterie (Pellworm) Centroplast: Schwerpunkt Energietechnik, Hersteller von Platten und Kunststoffhalbzeugen, auch mit gefüllten Werkstoffen, Werkzeugbau für Strangextrusionswerkzeuge Thyssen Krupp Industrial Solutions, TKIS: Planung, Bau und Service industrieller Anlagen, Systempartner für Automobil- Luftfahrt- und Batterieindustrie Industrial Solutions 15

16 F& E Redox Flow Extr.: Grundlagen / Herausforderungen Größenordnung 80% Graphit und 20% Binderpolymer Anspruchsvolle Verarbeitung: hochviskos, spröde, porös, inhomogen Graduelle Durchmischung ermöglicht mechanische Stabilität durch Polymer-Dömänen UND elektrische Leitfähigkeit durch Graphit- Domänen Keine maximale Durchmischung erwünscht Ziel ist bikontinuierliche mesoskopische Struktur von Polymer/Graphit- Matrix Mechanische Stabilität Elektrische Leitfähigkeit Große Platte erfordert günstigere Verarbeitungseigenschaften des Compounds ohne wesentliche Einbuße an Leitfähigkeit Kostensenkung!!! Prozessfenster für große Platte ist deutlich enger als für kleine Platte Industrial Solutions 16

17 FAZIT Redox-Flow-Batterien industriell einsetzbar Vorteil von Redox-FLow-Batterien sind die hohe Zyklenbeständigkeit Vorteil von Redox Flow Batterien : Keine Brandlast Aber: Kosten sind noch zu hoch F&E-Projekte sollen Abhilfe schaffen (u.a. Redox-Flow-Extrusion ) In Europa bietet die u.a. die Gildemeister Energy Solutions bereits heute kommerziell Batterien an mit Peak-Leistungen von 10 KW / 20KW / 30 KW und 200 KW an und den entsprechenden Abnahmestunden (KWh) Redox Flow Batterie heute eine Technology für Innovatoren und Early Adopters Energiewende ohne Speicher nicht sinnvoll!!! Apell an die Politik 17

18 DANKE FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT 18