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Vanadium-Akkumulatoren

Mit neuen Vanadium-Akkumulatoren zur Energiewende

| Autor/ Redakteur: Wieland Hopfe*, Leos Benes** / Marc Platthaus

Um in Zukunft mobile Anwendungen ausreichend mit Energie versorgen zu können, bedarf es moderner Akkumulatoren. Der Vanadium-Redox-Akkumulator ist hier eine mögliche Lösung. Für die notwendige Forschung am Übergangsmetall Vanadium ist die Probenvorbereitung entscheidend.

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Abb.1: Gewalztes Vanadium nach der Zerkleinerung mit der Pulverisette 19 und 2 mm Sieb
Abb.1: Gewalztes Vanadium nach der Zerkleinerung mit der Pulverisette 19 und 2 mm Sieb
(Bild: Fritsch)

Die Energiedebatte bewegt die Gesellschaft. Alternative Energien sind aufgrund mangelnder Entwicklung leider nicht in breiter Masse umsetzbar. Ein kleiner Schritt in diese Richtung ist die Entwicklung neuartiger Vanadium-Akkumulatoren, welche unbegrenzte Wiederaufladungszyklen ohne Abnutzung ermöglichen. Jedoch setzt dies eine geeignete Aufbereitung dieses besonderen Metalls voraus.

Hierbei spielen die Schneidmühlen und Planetenkugelmühlen von Fritsch eine wichtige Rolle in der Forschung und Entwicklung. Diese ermöglichen die komplexe Zerkleinerung von zäh-metallischen Materialien wie Vanadium.

Vanadium – Metall mit vielen Vorteilen

Das erst im 18. Jahrhundert entdeckte Metall, das wegen seiner Elektronenkonfiguration als Übergangsmetall bezeichnet wird, wurde erstmals 100 Jahre später verarbeitet. Mit dem technologischen Fortschritt war es möglich, Vanadium so aufzubereiten, dass die Eigenschaften dieses Elements voll zur Geltung kamen. Durch Zusatz von zerkleinertem Vanadium konnten neue metallische Eigenschaften und Oberflächen entstehen. Unter anderem wird feines Vanadium neben Chrom, Nickel, Kobalt, Wolfram und anderen Metallen in einer ausgewogenen Mischung zur Legierung genutzt. Biochemische Prozesse tierischer Zellen z.B. nutzen Vanadium für ihren Stoffwechsel-Kreislauf, pflanzliche Zellen hingegen benötigen es um Photosynthese zur Energiegewinnung betreiben zu können [1].

Ein Akku in der Größe eines Zugwagons

Übliche Akkus werden durch jeden Auf-/Entladevorgang gestresst und somit nimmt die Kapazität der Vorgänge fortlaufend ab. Neuartige Vanadium-Redox-Durchflussbatterien [2] besitzen zwei Elektrolytentanks und können die Wechselwirkung der Vorgänge kompensieren. Aufgrund der Anordnung der Vanadiumionen ist der Raumbedarf jedoch viel höher als bei gewöhnlichen Akkus gleicher Kapazität.

Durch Zerkleinerung mit Schneidmühlen und die anschließende Feinstvermahlung, z.B. durch die Planetenmühlen „premium line“ von Fritsch wird mit zunehmender Feinheit die spezifische Oberfläche größer. Dies wirkt sich unmittelbar auf eine verbesserte Reaktivität aus. Die Planetenmühlen „premium line“ ermöglichen die Mahlung bis in den Nanobereich, und sind damit zur Entwicklung dieser neuen Batterietechnologie unverzichtbar.

Vanadium besitzt aufgrund seiner Stellung im Periodensystem der Elemente besondere Eigenschaften [3]:

  • nicht magnetisch,
  • elektrisch leitend (Supraleiter),
  • zäh und schmiedbar,
  • als Pulver leicht entzündlich und
  • es geht Reaktionen mit Nichtmetallen ein.

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Über den Autor

Marc Platthaus

Marc Platthaus

Chefredakteur, LABORPRAXIS - Mehr Effizienz für Labor & Analytik