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Modellierung für die Suche nach neuen aktiven Materialien für Redox-Flow-Batterien

SONAR

Auf einen Blick

Beschreibung

Windturbinen und Solaranlagen produzieren nicht immer gleich viel Strom. Je nach Tageszeit und Wetterlage sind sie mehr oder weniger leistungsfähig. Batterien können derartige Schwankungen ausgleichen. Sie spielen daher eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, den wachsenden Bedarf an Ökostrom zu decken. Als eine der vielversprechendsten Speichervarianten gelten Redox-Flow-Batterien (RFBs). Sie sammeln elektrische Energie in flüssigen, chemischen Verbindungen und geben sie mit einem hohen Wirkungsgrad wieder ab. Sie entladen sich, indem sie die Substanzen aus zwei getrennten Kreisläufen zusammenbringen und eine elektrochemische Reaktion auslösen.

Im Rahmen des Projekts SONAR wird eine simulationsbasierte Screening-Methode entwickelt, die dabei helfen soll, geeignetes Material für Redox-Flow-Batterien zu identifizieren. Da es eine grosse Bandbreite an elektroaktiven Substanzen gibt, muss eine Vielzahl möglicher Speicher-systeme evaluiert werden. Dabei gilt es, nicht nur die Eigenschaften der einzelnen Substanzen, sondern auch ihr Zusammenwirken mit anderen Materialen, dem Batteriedesign und der Funktionsweise zu berücksichtigen. Ob sich ein Material für eine industrielle Anwendung eignet, hängt nicht zuletzt von wirtschaftlichen Überlegungen ab.

Das Team der ZHAW befasst sich unter anderem mit verschiedenen Modellen der Elektrode, an der die eigentliche chemische Reaktion abläuft. Es arbeitet etwa an einer porösen Elektrode. Es implementiert zudem ein eindimensionales RFB-Konzept, das sich für das computerbasierte Screening neuer Redox-Paare eignet. Um die vielen Daten auszuwerten, die aus Computersimulationen resultieren, werden statistische Methoden, Datenanalysen sowie maschinelles Lernen eingesetzt. Die Ergebnisse werden laufend mit experimentellen Messungen verglichen.

Der Screening-Service soll Vergleiche zwischen sich konkurrierenden Redox-Flow-Konzepten ermöglichen und damit die Entwicklung der chemischen Energiespeicher beschleunigen. SONAR ist Teil des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 der Europäischen Union (Projekt-Nr. 824060). Es wurde am 1. Januar 2020 gestartet und läuft bis am 20. Juni 2024. Neben der ZHAW sind fünf Hochschulen aus Deutschland, Dänemark, Frankreich und Australien daran beteiligt.