Zink-Brom-Akkumulator

Bei einem Zink-Brom-Akkumulator (kurz Zink-Brom-Akku) handelt es sich um eine Ausführungsform einer Batterie, zumeist einer Redox-Flow-Batterie, deren Zellchemie auf den Elementen Brom und Zink beruht.

Die Anode des Zink-Brom-Akkus besteht aus Zink, die Kathode aus einem Kohlenstoffmaterial, wie Graphit. Der Elektrolyt ist meist eine wässrige Zinkbromid-Lösung. Hinzu kommen Brom-komplexierende Reagenzien, um die Löslichkeit des Broms im wässrigen Elektrolyten zu erhöhen. Um den Anolyten vom Katholyten zu trennen, kommt eine poröse Membran, z. B. aus Polyethylen oder Nafion zum Einsatz.^[1]

Bei der Entladung laufen folgende chemische Vorgänge ab:

Positiver Pol:

${\displaystyle \mathrm {Br_{2}+2e^{-}\longrightarrow 2Br^{-},\ E_{0}=+1,07\ V\ vs\ SHE} }$

Negativer Pol:

${\displaystyle \mathrm {Zn\longrightarrow Zn^{2+}+2e^{-},\ E_{0}=-0,76\ V\ vs\ SHE} }$

(Beim Laden laufen die Vorgänge in Gegenrichtung ab.)

Die Gesamtreaktion:

${\displaystyle \mathrm {Br_{2}+Zn\longrightarrow Zn^{2+}+2Br^{-},\ E_{0}=+1,83\ V\ vs\ SHE} }$

Nach rechts findet die Entladung des Akkus statt, nach links die Aufladung.

Die theoretische Potentialdifferenz beträgt 1,83 V.^[1]

Beim Zink-Brom-Akkumulator gibt es einige ungelöste Probleme: An der Anode kann es beim Wiederaufladen zu Dendriten-Wachstum kommen. Diese können den Separator durchstechen und so einen Kurzschluss hervorrufen. An der Kathode ist die Korrosivität des Broms ein Problem, dieses kann den Separator angreifen, oder durch diesen hindurchdiffundieren und an der Anode mit Zink regieren und so die coulombsche Effizienz verringern. Um ein Crossover zu verhindern werden Komplexbildner wie N-Methyl-N-ethylpyrrolidiniumbromid und N-Methyl-N-ethylmorpholiniumbromid eingesetzt.^[1]

1. ↑ ^{a b c} Asif Mahmood, Zhi Zheng, Yuan Chen: Zinc–Bromine Batteries: Challenges, Prospective Solutions, and Future. In: Advanced Science. Band 11, Nr. 3, 2024, S. 2305561, doi:10.1002/advs.202305561, PMID 37988707.