nanoFlowcell® - nicht nur anders, sondern einzigartig!

Flusszellen kennt man derzeit nur als garagengroße Konstruktionen zur stationären Energiespeicherung in Windkraft- und Solaranlagen. Mit der nanoFlowcell® haben wir es erstmals geschafft, eine Flusszelle auf die Größe eines Aktenkoffers zu reduzieren und gleichzeitig die Energiedichte der Elektrolyte zu verzehnfachen. Mit der Entwicklung der nanoFlowcell® wird Flusszellentechnologie leistungsstark und mobil – nanoFlowcell® eröffnet einer Vielzahl von Anwendungen völlig neue technische Perspektiven.

Funktionalität nanoFlowcell® / bi-ION®

nanoFlowcell®

Komplexe Technologie macht saubere Energie einfach

nanoFlowcell® ist ein skalierbarer Energiewandler in dessen Membran-Kammer sich zwei Elektroden befinden, die durch einen Ionenleiter (Membran) voneinander getrennt sind. Der Ionenleiter besteht aus einem semipermeablen Membran-Wafer, der nur für eine bestimmte Ionensorte des bi-ION® Moleküls durchlässig ist. Hier erfolgt der Ionenaustausch zwischen der positiv und negativ geladenen Elektrolytflüssigkeit. Die chemische Energie des bi-ION® wird in elektrische Energie umwandelt, beispielsweise zum Antrieb eines Elektromotors oder zur Versorgung elektrischer Verbraucher. Das spezifische Membranmaterial und -design der nanoFlowcell® erlauben Anwendungsbereiche von mW bis MW – von kompakt bis extrem leistungsstark.

Innovative Energie nanoFlowcell® ist der derzeit innovativste und leistungsfähigste Energielieferant für mobile und stationäre elektrische Anwendungen. Anders als herkömmliche Batterien, wird die Energie der nanoFlowcell® in Form von flüssigen Elektrolyten (bi-ION) bereitgestellt, die außerhalb der eigentlichen Zelle gelagert werden können. Analog zu regulären Flussbatterien, werden die positiv und negativ geladenen Elektrolytflüssigkeiten getrennt in zwei separaten Tanks gespeichert und wie bei einer traditionellen Flusszelle in getrennten Kreisläufen durch einen Wandler (die eigentliche Zelle des nanoFlowcell-Systems) gepumpt.

Hier sind die beiden Elektrolyt-Kreisläufe nur noch durch eine permeable Membran getrennt. Sobald die positive und negative Elektrolytlösung zu beiden Seiten die Wandler-Membran passieren, findet ein Ionenaustausch statt. Dadurch wird die in bi-ION gebundene chemische Energie in Elektrizität umgewandelt, die wiederum den elektrischen Verbrauchern unmittelbar zur Verfügung steht.

 

Skalierbare Energie Bei der nanoFlowcell® ist durch die Separation von Energiewandler und Energiespeicher die gespeicherte Energiemenge nicht mehr von der Zellengröße abhängig. Hierin unterscheidet sich eine Flusszelle von traditionellen Batterietypen. Bei der nanoFlowcell® hängt die bereitgestellte Energiemenge zum einen von der Elektrolytkonzentration in der Elektrolytflüssigkeit ab und zum anderen vom Volumen der Elektrolyttanks. nanoFlowcell® kann dank ihrer unbeschränkten Skalierbarkeit daher variabel an die unterschiedlichsten Anwendungen angepasst werden.

Elektrizität tanken Das Besondere an der nanoFlowcell® ist, dass sie nicht mehr langwierig aufgeladen werden muss wie herkömmliche Batterien oder Flusszellen, sondern die verbrauchten bi-ION Elektrolytflüssigkeiten einfach nachgefüllt werden können.

 

Mit nanoFlowcell-Technologie könnten alleine im Straßenverkehr jährlich 19.250 Megatonnen CO2-Emissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe vermieden werden. Das sind 75% der weltweit durch Transport und Verkehr erzeugten CO2 Emissionen.

Alles wie gehabt, nur besser In mobilen Anwendungen, beispielsweise den QUANT-Elektrofahrzeugen, wird die verbrauchte Elektrolytflüssigkeit zunächst gefiltert, um ihr die gelösten Salze und Elektrolyte zu entziehen. Der Filter muss etwa alle 10.000 Kilometer getauscht werden und lässt sich anschliessend umweltgerecht recyceln. Ein von der Fahrtenergie angetriebener Generator sorgt dafür, dass das verbliebene Wasser während der Fahrt umweltneutral zu Wasserdampf zerstäubt und in die Atmosphäre freigesetzt wird. Die Elektrolyttanks entleeren sich während der Fahrt wie der Tank bei einem herkömmlichen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Das Betanken der leeren Elektrolyttanks ist ebenfalls vergleichbar mit dem Tankvorgang bei einem regulären benzin- oder diesel-betriebenen Fahrzeug.

 

Umweltgerechte Energie nanoFlowcell-Technologie ist uneingeschränkt umweltgerecht und gesundheitlich unbedenklich. Die nanoFlowcell wird, unter Verwendung von gängigen Materialien beziehungsweise Rohstoffen, die in großer Menge recht einfach verfügbar sind, sehr effizient, kostengünstig und umweltverträglich gefertigt. Edelmetalle und Metalle seltener Erden kommen weder in der Zelle selber noch in der Elektrolytlösung bi-ION vor. Sämtliche für die nanoFlowcell und ihrer Elektrolyten notwendigen Rohstoffe können nachhaltig gewonnen, gesundheitsunbedenklich eingesetzt und anschließend umweltverträglich entsorgt werden.

Langlebig und recycle-fähig Auch im Rahmen des Rohstoffrecyclings ist die nanoFlowcell dank ihrer ausgedehnten Lebensdauer vorbildlich. So eliminiert die nanoFlowcell das Problem des Leistungsverlustes herkömmlicher Batterien, da bei der nanoFlowcell auch nach 10.000 Ladezyklen noch kein Memory-Effekt eintritt. Das bedeutet, dass die nanoFlowcell bis zu zehnmal mehr Ladevorgänge bewältigen kann, als konventionelle Li-Ion Akkusysteme (Li-Ion-Akku: ca. 1.000 Ladezyklen). In einem Automobil würde dies einer Reichweite von rund 10.000.000 Kilometern entsprechen und damit die Lebensdauer eines modernen Automobils bei weitem übertreffen. Auch die Selbstentladung der Zelle im Ruhezustand ist verschwindend gering.

Mit Sicherheit sicher Ein weiterer Vorteil der nanoFlowcell gegenüber anderen Batteriesystemen ist, dass eine Überwachung des Ladezustands des Batteriesystems einfach zu bewerkstelligen ist, da es nur einen Elektrolyten gibt.

 

Ausgleichsladungen wie bei herkömmlichen Li-Ion- oder Li-Po-Systemen sind nicht notwendig. Gefahrenzustände, wie sie in einer Batterie durch ungewollte Reaktionen oder durch eine Tiefentladung  vorkommen können, sind bei der nanoFlowcell technisch ausgeschlossen.

Wirkungsgrad Im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor liegt der Wirkungsgrad der nanoFlowcell bei über 90 Prozent; im elektromobilen Einsatz beträgt die Arbeitstemperatur lediglich zwischen 90ºC und 130ºC. Das gesamte nanoFlowcell-System ist zudem sehr zuverlässig und wartungsarm, da es – außer den Elektrolytpumpen – über keine beweglichen Teile verfügt.

Hohe Zuverlässigkeit, geringe Kosten und lange Haltbarkeit stellen nanoFlowcell zu Recht gedanklich ins Zentrum, wenn es um die Entwicklung zukunftsträchtiger elektrischer Mobilitätskonzepte geht.

bi-ION® - Energieträger für die Elektrizität von Morgen

bi-ION® ist der Markenname für nanoFlowcells proprietäre Elektrolytflüssigkeit. bi-ION® besteht aus Salzen, Wasser und den eigentlichen Energieträgern – spezifisch designte Moleküle. In der nanoFlowcell® wird die im bi-ION® gebundene chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Dabei hat die Elektrolytlösung eine Leistungsdichte vergleichbar mit modernen Lithium-Ionen-Batterien, jedoch eine fünffach höhere Energiedichte. bi-ION® ist der perfekte Treibstoff für umweltgerechte und nachhaltige Elektroantriebe sowie saubere Energie für stationäre und mobile Anwendungen.

bi-ION®

Je mehr, desto weiter

In einem nanoFlowcell-betriebenen Fahrzeug ist die Rechnung einfach: Je mehr bi-ION, desto größer die verfügbare Energie, desto größer die Reichweite. Dies kennen wir bereits von benzinbetriebenen Fahrzeugen. Denn anders als bei herkömmlichen Batterien ist die Leistung einer nanoFlowcell nicht von ihrer Zellgrösse abhängig, sondern von der Konzentration und der Menge der zugeführten Elektrolyflüssigkeit.

Innovative Ladungsträger. bi-ION ist eine unserer wichtigsten Innovationen und prägend für die Leistungscharakteristik des nanoFlowcell-Systems. In jahrelanger Forschung ist es uns gelungen, spezielle Ladungsträger zu entwickeln, die unserer Elektrolytflüssigkeit eine signifikant höhere Leistungs- und Energiedichte geben, als alle derzeit am Markt erhältlichen Flüssigbatterien.

In unserem digitalen Simulations-Labor forschten wir an neuen Molekularstrukturen und Mechanismen für den Ladungstransport. Unsere Möglichkeiten der digitalen Simulation verkürzten die Entwicklungszeit für bi-ION erheblich: so konnten wir bereits innerhalb von fünf Jahren ein erstes physisches Modell synthetisieren und in-vivo testen.

MINI-MAX. Der von uns entwickelte Ladungsträger lässt eine wesentlich höhere Konzentration zu, als die bisherigen Elektrolyte in herkömmlichen Flusszellen. Im Vergleich zu den Elektrolyttanks stationärer Anlagen mit einem Volumen von tausenden Litern, benötigen wir lediglich das Tankvolumen eines herkömmlichen PKW, um die Fahrleistungen eines QUANTiNO 48VOLT zu erreichen.

Bei derzeitigem Entwicklungsstand erzielen wir bei bi-ION eine Energiedichte von 600 Wh pro Liter. Verglichen mit Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in den meisten modernen Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, liefert eine mit bi-ION betriebene nanoFlowcell® ausreichend Energie für die fünffache Reichweite eines herkömmlichen Elektrofahrzeugs.

Nicht anders, besser. Im Vergleich zu herkömmlichen Energieträgern wie Benzin, Diesel, Wasserstoff und Lithium-Ionen-Batterien ist bi-ION weder umwelt- noch gesundheitsschädlich sowie weder brennbar noch explosiv. Darüber hinaus ist bi-ION nachhaltig und umweltverträglich produzierbar. In der industriellen Herstellung ist die Elektrolytflüssigkeit wesentlich günstiger, als die Raffination fossiler Brennstoff, oder die Herstellung und Nutzung von Lithium-Ionen-Batterien.

Unpolitische Energie. Im Gegensatz zu fossilen Kraftstoffen wird die Elektrolytlösung bi-ION nicht nur in einigen wenigen Ländern gefördert und raffiniert, sondern kann theoretisch überall auf der Welt quasi vor Ort hergestellt werden (entsprechende Produktionsanlagen vorausgesetzt).

Tanken wie gehabt. nanoFlowcell-Elektrofahrzeuge lassen sich mit bi-ION kinderleicht betanken. Das Tanken der Elektrolytflüssigkeit unterscheidet sich kaum von einem Tankvorgang bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, nur dass bei nanoFlowcell-Fahrzeugen zwei Flüssigkeiten (positive und negative Elektrolytflüssigkeit) gleichzeitig in zwei getrennte Tanks getankt werden.

Für den Vertrieb von bi-ION muss außerdem kein eigenes Tankstellennetz aufgebaut werden. Mit leichten Modifikationen der Zapfsäule und des Zapfhahns sind bestehende Tankstellen auch für bi-ION nutzbar. Anders als fossile Energieträger unterliegt die Elektrolytflüssigkeit bi-ION dank ihrer Produkteigenschaften keinen strengen Gefahrgutauflagen. Herstellung, Transport und Vertrieb von bi-ION sind daher vergleichsweise einfach möglich.