Eine frühzeitige Berücksichtigung der Materialentwicklung ist für Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und einen langfristig zuverlässigen Betrieb elektrochemischer Energiespeicher von zentraler Bedeutung, sowohl für Stack-Architekturen als auch Zellchemien.
Zwei Beispiele aus dem Bereich Redox-Flow-Batterien zeigen, wie Wevo als Entwicklungspartner für Batteriematerialien mit passgenauen Lösungen für Fertigungseffizienz und technologische Performance sorgt.
Redox-Flow-Batterien abdichten: Materialkonzepte für tubuläre Stack-Architekturen
Für die Erforschung der wirtschaftlichen Herstellung tubulär aufgebauter Redox-Flow-Batterien durch das Competence Center for Energy Transition (CC4E) an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg (HAW Hamburg) unterstützte Wevo das Projekt „TuRoX“ finanziell sowie mit anwendungsspezifisch optimierten Materialsystemen.
Als Basis dienten für planare Batteriestacks entwickelte Polyurethan- und Epoxidharz-Vergussmassen, die für den tubulären Aufbau an neue Prozess- und Geometrieanforderungen angepasst werden mussten. Neben der chemischen Beständigkeit gegenüber dem Vanadium-Elektrolyten standen daher auch die rheologischen Eigenschaften der Flüssigdichtungen im Fokus.
Anders als bei planaren Stack-Designs wird das Material bei tubulären Redox-Flow-Batterien nicht vor der Montage als durchgehende Raupe auf der Bipolarplatte oder dem Flussrahmen, sondern nach einer Teilmontage direkt um die zylindrischen Stromsammler appliziert. Während des Auftragens muss die Dichtmasse daher ausreichend fließfähig bleiben, um den abzudichtenden Bereich vollständig zu benetzen. Anschließend muss die Viskosität rasch ansteigen, um ein eventuelles Einfließen in die Elektrolytkanäle zu vermeiden. Für einen leckagefreien Betrieb hat Wevo auch die Haftung auf den unterschiedlichen Zellsubstraten optimiert.
Chemische Stabilität von Materialien in organischen Redox-Flow-Systemen
Redox-Flow-Batterien mit Vanadium-Elektrolyten sind derzeit am besten erforscht und am weitesten verbreitet. Gleichzeitig wird weltweit intensiv an alternativen Zellchemien gearbeitet. Organische Elektrolyte auf Basis von Molekülen wie Anthrachinonderivaten gelten hier als vielversprechender Ansatz. Bei einigen Elektrolytsystemen werden die organischen Moleküle in Natron- oder Kali-Lauge gelöst, was zu hohen pH-Werten von 13 bis 14 führt. Dies stellt hohe Anforderungen an die Materialbeständigkeit der Kleb- und Dichtstoffe sowie Vergussmassen.
Im Rahmen verschiedener Kundenprojekte hat Wevo Flüssigdichtungen für den Kontakt mit organischen Elektrolyten entwickelt, die auf eine hohe chemische und thermische Beständigkeit ausgelegt wurden. Quellung und chemische Degradation im Kontakt mit alkalischen Elektrolyten werden weitestgehend vermieden.
Zusätzlich können die Wevo-Materialsysteme teil- oder vollautomatisiert mit skalierbaren Produktionstechniken wie Dispensverfahren oder Siebdruck verarbeitet werden. Durch ihre bauteilspezifische sowie PFAS-freie Formulierung bieten die Dichtstoffe, Klebstoffe und Vergussmassen eine Alternative zu den häufig noch eingesetzten Fluorelastomeren wie FKM (Fluorkautschuk).
Ihre speziell optimierten Eigenschaften machen die Wevo-Materialsysteme neben dem Stack zu geeigneten Lösungen für weitere Komponenten elektrochemischer Energiespeicher – beispielsweise für Sensoren, Pumpen, Leistungselektronik oder Gehäuse. Zusätzlich arbeitet Wevo in verschiedenen Industrieprojekten an der Weiterentwicklung der Vergussmassen, Kleb- und Dichtstoffe für die Anwendung in Redox-Paaren wie Eisen/Chrom, Zink/Brom und Wasserstoff/Brom, sowie in neuartigen Flow-Batterien auf Basis von Mikroemulsionen.
Materialentwicklung für elektrochemische Speicher
Die Entwicklung von Batteriesystemen für Elektrofahrzeuge, stationäre Speichersysteme oder industrielle Anwendungen findet an der Schnittstelle verschiedener Disziplinen statt – präzise angepasste Materialien sind mit Blick auf herausfordernde Umgebungs- und Einsatzbedingungen sowie für die zunehmende Automatisierung des Produktionsprozesses unverzichtbar. Wevo begleitet Projekte auf Wunsch bereits in frühen Projektphasen – von der Auswahl geeigneter Materialsysteme bis zur anwendungsnahen Validierung – und trägt so mit jahrzehntelanger Expertise zum technologischen Fortschritt bei.
