hILDe

Neuartige, kostengünstige und hochpräzise Indikation der Imbalance sowie des Ladezustands von Vanadium-Redox-Flow-Batterien mittels KI-unterstützter Detektion spezifischer Farben

 

Das Vorhaben hILDe hat die Erforschung, den Aufbau und die Erprobung einer neuartigen, kostengünstigen und hochpräzisen Indikation des Ladezustands (state-of-charge, SOC) sowie der Imbalance für Vanadium-Redox-Batterien (VRFB) zum Ziel. Unter dem Begriff Imbalance versteht man den Ungleichgewichtszustand der Ladezustände im Anolyten und im Katholyten, welche verursacht werden durch folgende Phänomene:

  • Luft-Oxidation von V2+ im Anolyten
  • chemische und elektrochemische H2-Bildung im Anolyten
  • Permeation von Vanadiumionen und Wasser durch die Zellmembran

Die elektrochemisch aktiven Spezies einer VRFB liegen in Form wässriger Elektrlyte (Katholyt und Anolyt) vor. Diese enthalten Vanadiumionen unterschiedlicher Wertigkeit, Stabilität und Farbe in einer Vielzahl von chemischen Komplexen. Im Betrieb ist die VRFB verschiedenen Alterungsmechanismen unterworfen, welche die Güte des Elektrolyten als Energieträger und somit dessen Kapazität, Zyklenstabilität sowie die Lebensdauer des gesamten VRFB-Systems beeinträchtigen. Zum langzeitstabilen Betrieb einer VRFB ist der Einsatz eines hochpräzisen Sensors / Indikators essentiell, welcher über die Anzeige des aktuellen SOC hinaus auch Informationen zur Imbalance des Elektrolyten liefert. Das Vorhaben beinhaltet die Entwicklung und funktionelle Demonstration eines SOC / Imbalance-Indikators, beruhend auf den Entwicklungen, Ergebnissen und Erkenntnissen der drei Teilsysteme:

  • KI-Plattform für elektrochemische Prozesse
  • hILDe-Sensor und
  • Referenzmesssystem

Die sehr komplizierte Komplexchemie der Vanadiumionen, speziell in Anolyten, überfordert die konventionelle physikochemische Datenauswertung. Deshalb wird im Vorhaben hILDe zur Bestimmung des SOC sowie der Imbalance einer VRFB eine Datenauswertung mittels Künstlicher Intelligenz erfolgen, welche maschinelles Lernen und fallbasiertes Schließen beinhaltet. Der aus dem Vorhaben hILDe resulierende SOC / Imbalance-Indikator soll hochpräzise und kosteneffizient sowie universell in jeder Systemkonfiguration einsetzbar sein. Innerhalb der Laufzeit des Vorhabens wird das entwickelte hILDe-Gesamtsystem in einer realen VRFB unter Alltagsbedingungen eingesetzt und getestet. Zur breiten Verwertung der Ergebnisse werden zwei Workshops mit den Teilnehmern eines "VRFB-Expertengremiums" durchgeführt. Mitglieder in diesem Expertengremium sind Vertreter aus gewerblichen Unternehmen sowie aus Forschungseinrichtungen.

 

Projektpartner

  • Universität des Saarlandes
  • Transferzentrum Nachhaltige Elektrochemie
  • DFKI GmbH

 


FKZ 03EI3005A-C

 

Laufzeit: 
12/2019 bis 11/2022
Kontakt: 
Arbeitsfeld(er):