Redox Flow Batterien für den Industriellen Einsatz · Eisenhuth GmbH & Co. KG Friedrich-Ebert-Str....

Eisenhuth GmbH & Co. KGFriedrich-Ebert-Str. 20337520 Osterode am Harz

Telefon 0 55 22 / 90 67-0Telefax 0 55 22 / 90 67-44http://www.eisenhuth.de

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Redox Flow Batterien für den Industriellen Einsatz

Dr.Thorsten HickmannEisenhuth GmbH & Co. KG



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Produktspektrum Eisenhutha. Formenbau für die Automobil-Industrie,

Maschinenbau, Medizintechnik

b. Fertigung von Gummi-, Kunststoff-Siliconteile (Mittel-/Kleinserien)

c. Komponenten für Brennstoffzellen,Batterien, elektrochemischeAnwendungen



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Aktuelle Kunden im Bereich Bipolarplatten / Dichtungen



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(SAIDI = System Average Interruption Duration Index)

Quelle: https://www.bmwi-energiewende.de/EWD/Redaktion/Newsletter/2015/16/Meldung/infografik-versorgungsqualitaet.html

� Netzsicherheit in Deutschland: Vergleichsweise hoch bislang, aber…�Dennoch: Kosten bei ungeplanten Shutdown: IT / Steuerungen / Bauteile ?� Ungeplante Ausfallkosten sind nicht zu unterschätzen

SICHERHEIT DER STROMNETZE



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Was kostet Strom heute?

- Im Strompreis sind viele Umlagenund Abgeaben enthalten. Diese übersteigen deutlich die Erzeugungs-kosten.

- „Reiner Strompreis“: ca. 3-4,5 ct/KWh

-Sparen der „Stromnebenkosten durchEigennutzung Regenerativ hergestelltemStrom

- Optimierung der Nutzungsdauer durchelektrochemische Speicher wie Redox-FlowBatterien

Quelle: Radotronic GmbH



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Was kostet Strom zukünftig?

�Solarstrom lässt sich für ca. 9 ct/KWh herstellen

� Ziel ist ein möglichst hoher Eigenverbrauchs-anteil

� Je höher der Eigenver-brauchsanteil, desto höher ist die Ersparnis

� 100% Eigenverbrauchs-anteil bei Verwendung vonelektrochemischen Speichern

Quelle: B&W Energy, Intelligente Lösungen



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Speichersystem sinnvolle Option für Unternehmen?

� Batteriespeichersysteme in einem Mix von regenerativen Anlagenkönnen den Eigenverbrauch deutlich steigern

� Speichersysteme werden individuell an Bedürfnisse angepasst

� Möglichkeit von „Peak-Shaving“

� Batteriespeicher werden für Anlagen bis 30 KW vom Bundesumweltministeriumduch die KFWBank mit bis zu 25 % des Speicherpreises gefördert*

� In Verbindung mit einer „Backup-Box“ bieten Speichersysteme eine Ersatz-stromversorgung

* Siehe auch KFW-Programm erneuerbare Energien „Speicher“



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Redox Flow Batterien: Flüssige Stromspeicher von Solaranlagen

� Redox-Flow-Batterien – auch Flüssig-Batterien Basieren auf flüssigen elektro-chemischen Speicher

� Anders als bei einem Blei-Akku oder einer Lithium-Ionen-Battterie werden bei der Redox-Flow-Batterie flüssige Elektrolyteeingesetzt, die in zwei voneinander voll-Kommen unabhängigen Kreisläufen fließen

� Die Flüssigkeiten (bislang in der RegelVanadium) werden in Tanks gelagert, diebeliebig skalierbar sind

Quelle: Energieforschungszentrum Niedersachsen, Clausthal



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Funktionsweise einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie

�Der Elektrolyt wird in externenTanks Gelagert und von dort fürdie Be- und Entladung durch Reaktions-zellen gepumpt. � positiver und negativer Elektrolytwird durch eine Membran getrennt� Duch elektrochemische Re-aktionen bewegen sich Elektronen zwischen den in verschiedenen La-dungszuständen vorhandenen Ionendes Elektrolyts� So wird chemische Energie in elek-trische Energie (Entladung) oder elek-trische Energie in chemische Energie(Ladung) umgewandelt, ähnlich wiebei einer Brennstoffzelle oder Eletrolyse

Quelle: Energieforschungszentrum Niedersachsen, Clausthal



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Energiedichte von Redox Flow Batterien im Vergleich zu anderen Energiespeichern

Ca. 150 Wh pro LiterLi-Ion-Batterie

Ca. 80 Wh pro LiterBlei-Akkumulatoren

Ca. 50 Wh pro LiterBromid-Redox-Batterie

Ca. 25 Wh pro LiterVanadium-Redox-Flow-Batterie

EnergiedichteBatterietyp / Energiespeicher



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Vor- und Nachteile von Redox-Flow Batterien

Keine Brandlast!!!!!

Preise (ähnlich wie Li-Ionen-Batterien) zu hoch

Ca. 20.000-40.000 Ladezyklen möglich – Kein

Memory-Effekt

Geringe EnergiedichteHohe Lebenserwartung

Vergleichsweise erschwerte Installation

Wirkungsgrade weit über 80%

Vergleichsweise hohes Gewicht (nur Stationär)

Keine Selbstentladung der Batterie

NachteileVorteile



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F& E Redox Flow

Redox-Flow Speicher

Verbundprojekt ‚Redox-Flow-Extrusion‘

Herstellung von Bipolarplatten in

m²-Größe durch Extrusion

Industrial Solutions

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F & E Redox Flow Extrusion: Ziel: Neues Herstellverfahren

� Megawatt Stromspeicher für die Energiewende, also auch für mittlere undgroße Unternehmen als Speicherlösung geeignet

� Neues Herstellverfahren von Bipolarplatten für Redox-Flow-Speicherleistungenim 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




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�� 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

F& E Redox Flow Extrusion: Partner




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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




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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



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DANKE FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT

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