Modellierung einer tubulären Vanadium/Luft Redox Flow Batterie

Abstract

Im Rahmen dieser Masterthesis wurde ein stationäres, mechanistisches, 1-dimensionales Modell einer Vanadium/Luft Redox Flow Batterie entwickelt. Die Beschreibung der Massenbilanz in Abhängigkeit der Reaktionskinetik erfolgt über der Zelllänge. Hierbei werden die beiden Halbzellen über die Ladungserhaltung miteinander gekoppelt und die Ohm’schen Verluste sowie die Aktivierungspolarisationen der Elektroden in Abhängigkeit der Betriebsmedien berechnet. Die Beschreibung der Reaktionskinetik erfolgt mittels der Butler-Volmer und der Nernst-Gleichung. Für diese wurden die Austauschstromdichte und der Symmetriefaktor anhand von Messdaten bestimmt. Das Modell betrachtet das generelle Potential und die Anteile der Verluste der VLRFB. Dabei ergab sich, dass bei einem konstanten Zellwiderstand von 2 cm2 der Ohm’sche Verlust im Entladezustand für große Stromdichten dominiert. Im Ladezustand ist dies jedoch nicht der größte Anteil, da die VLRFB hier eine Limitierung der Leistungsfähigkeit bedingt durch die anzulegende Überspannung erfährt. Diese ist auf 1.8 V hinsichtlich einer möglichenWasserstoffentwicklung an der Elektrode der Vanadium Halbzelle begrenzt.