Energiespeicherung und -wandlung mit Flüssigmetallen

Elektrochemische Zellen mit Flüssigmetallelektroden werden seit Langem zur Bestimmung thermochemischer Stoffwerte (Aktivitäten) eingesetzt. Neue Anwendungsgebiete liegen im Einsatz als Stromspeicher (Flüssigetallbatterien) und als Energiewandler (AMTEC). Die Vorteile der Flüssigmetalle liegen dabei im einfachen Aufbau der Zellen, der schnellen Kinetik an den Grenzflächen sowie den langen Lebensdauern und hohen Zyklenzahlen der flüssigen Elektroden.

Forschungsthemen und Experimente

Flüssigmetallbatterien

Flüssigmetallbatterien, d.h. Batterien, bei denen sowohl beide Elektroden als auch der Elektrolyt im flüssigen Zustand vorliegen, stellen ein viel­versprechendes Konzept dar. Die Verwendung billiger, gut ­verfügbarer Rohstoffe als Aktiv­materialien in großen Batteriezellen führt zu deren Kostenreduktion. Flüssigmetallbatterien stellen damit eine konkurrenzfähige Option für Großspeicher dar.

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Batterielabor

In unserem Batterielabor sind wir in der Lage, Flüssigmetallelektroden und elektrolytische Salzschmelzen elektrochemisch zu untersuchen.
Für die Experimente werden kleine Zellen gefertigt und unter Argonatmosphäre in der Glovebox getestet.

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Instabilitäten in Flüssigmetallbatterien

Fluidströmungen in Flüssigmetallbatterien beeinflussen deren Wirkungs­grad, aber auch deren sicheren Betrieb entscheidend.

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Experimente mit Flüssigmetallbatteriezellen

Im Batterielabor werden Experimente mit ­verschiedenen Zelltypen und Zellchemien durchgeführt. Erfasst werden Aktivitäten, Wirkungs­grade und korrosive Eigen­schaften.

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Experimentelle Untersuchung von kreisförmig angeregten Grenzflächenwellen in Zwei- und Drei-Schicht-Systemen

Grenzflächeninstabilitäten spielen eine tragende Rolle im Themenbereich der Mag­neto­hydro­dyna­mik. Diese Instabilität ist auf die komplexen Wechselwirkungen zwischen starken Strömen und externen ­magnetischen Feldern zurückzuführen.

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AMTEC-D – Alkali-Metal-Thermo-Electric-Con­ver­ter - Typ Dresden

Die direkte Energiewand­lung von Wärme in elektrische Energie ­mittels Alkali-Metal-Thermo-Electric-Con­ver­ter (AMTEC) dient der Steige­rung der Ressourceneffizienz und bietet zahlreiche flexible Einsatzmöglich­keiten. Wir entwickeln einen alternativen AMTEC basierend auf Flüssigmetall-Elektroden zur Verbesse­rung der Lebensdauer und der Leis­tung.

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Stofftransport in Flüssigmetallbatterien

Stofftransport bestimmt die Zellspannung von Flüssigmetallbatterien in erheblichem Maße.

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SOLSTICE

Die Entwick­lung von Batteriezellen orien­tier­t sich derzeit stark an den Bedürfnissen der Elektromobilität. Diese favorisiert Speicher, die auf hohe spezifische Energie und große Leis­tungs­dichte optimiert sind. Die Prioritäten bei stationären Speichern liegen anders, hier zählen vor allem eine lange Lebensdauer und niedrige Kosten. Das Horizon 2020 Projekt SOLSTICE zielt darauf ab, Speicher zu entwickeln, die diese Anforde­rungen erfüllen.

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Batterie-Design und Ausle­gung

Ein optimiertes Zelldesign ist entscheidend für eine lange Lebensdauer einer Flüssigmetallbatterie.

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Korrosion

Korrosion wird insbesondere in Salzschmelzen untersucht. Dazu werden elektrochemische Verfahren, ICP-MS und di­verse Mikroskope genutzt.

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Bildge­bung von Flüssigmetallbatterien

Neu­tronen­ und Röntgenstrahlen werden zur Bildge­bung von Flüssigmetallbatterien ­verwendet. Zellen werden im Betrieb bei über 600°C durchleuchtet.

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Entwick­lung von Batterie-Systemen

Größere Batterien müssen ausreichend isoliert werden um einen hohen Wirkungs­grad zu erreichen. Gleichzeitig darf die Isolierschicht nicht zu dick sein, da die Zellen sonst im Betrieb gekühlt werden müssen.

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Numerische Simulation von Flüssigmetallbatterien

Numerische Simulation erlaubt eine schnelle und kostengünstige Untersuchung des Betriebs­verhaltens von Flüssigmetallbatterien.

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Projekte der For­schungs­gruppe Flüssigmetallbatterie

Die For­schungs­gruppe Flüssigmetallbatterie bearbeitet eine Reihe von Dritt­mittel­projekten im Bereich Hochtemperatur-Elektrochemie und Fluiddynamik.

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