Organische Batterien

Eine experimentelle Untersuchung von organischen Redox-Flow-Batteries und deren Entwicklung von einfachen Schulversuchen

Elektrische Energie aus Wind- und Solaranlagen gehört zu den sogenannten erneuerbaren Energien. Bei diesen besteht die Problematik, dass je nach Wetterlage und im Falle der Solaranlagen je nach Tageszeit die zur Verfügung stehende elektrische Energie schwankt. Um diesem Problem zu begegnen, werden sogenannte Flow-Batteries diskutiert, bei denen für jede Halbzelle ein Kreislauf installiert ist, in dem jeweils ein Elektrolyt mit einem geeigneten Redox-Paar zirkuliert.

In diesem Projekt werden Experimente zu organischen Batterien und ein Modell-Versuch zur Funktionsweise von Flow-Batteries entwickelt, die im Rahmen des Chemieunterrichts der Sekundarstufe II eingesetzt werden können. Es werden organische Systeme untersucht, die sich leicht oxidieren bzw. reduzieren lassen. Solche Systeme können Chinone und die zugehörigen Hydrochinone sein. Es wurde zunächst ein einfach zu realisierender Versuchsaufbau für die Untersuchung organischer Batteriesysteme entwickelt sowie ein Modellversuch zu Redox-Flow-Batterien aus PMMA-Scheiben hergestellt. Des Weiteren wurden verschiedene organische Redox-Paare für den Einsatz in organischen Batterien untersucht und deren Wiederaufladbarkeit mittels Cyclovoltammetrie untersucht. Dabei konzentrierten wir uns zunächst auf Systeme aus Hydrochinonen und Chinonen. Untersucht wurden u.a. Alizarin, Protocatechusäure, p-Phenylendiamin und Gallussäure. Ebenso wurden organische Verbindungen aus dem Alltag auf den Einsatz in organischen Batterien hin untersucht. Hierzu zählen u.a. Vanillin, Ascorbinsäure und Paracetamol. Zurzeit werden viele solcher organischen Redox-Paare experimentell untersucht.

Dominique Rosenberg schloss im Rahmen dieses Projektes ihre Dissertation zum Thema "Redox-Flow-Batteries zur Energiespeicherung als Thema des Chemieunterrichts" ab.

Abgeschlossene Bachelor- und Masterarbeiten in diesem Projekt:

2017

  • Orwat, Alena (2017)
    "Eine experimentelle Weiterentwicklung der anorganischen Redox-Flow-Batteries von Natriumsulfid, Natriumdithionit und Natriumthiosulfat mit Cer(IV)sulfat als Kathodensystem"
  • Köppen, Anja (2017)
    "Eine Erprobung von Experimenten von organischen Redox-Flow-Batteries mit p-Aminophenol in Fotoentwicklerlösung und den Derivaten des p-Phenylendiamins"
  • Kauz, Anastasia (2017)
    "Eine experimentelle Untersuchung zu anorganischen Redox-Flow-Batteries mit Natriumsulfid, Natriumthiosulfat und Natriumdithionit"
  • Dick, Katharina (2017)
    "Eine experimentelle Erprobung von Redox-Flow-Batteries mit Alltagsmaterialien, die Huminsäuren enthalten"
  • Rehling, Alexander (2017)
    "Eine experimentelle Erprobung von organischen Redox-Flow-Batterien mit Tanninen und Polyphenolen."
  • Pansegrau, Svenja (2017)
    "Eine experimentelle Entwicklung und Erprobung einer organischen Redox-Flow-Batterie mit dem Hennafarbstoff und Rotwein"

2016

  • Wachholz, Marco (2016)
    "Experimentelle Untersuchung der Paracetamol- sowie Ascorbinsäure-Batterie nach dem Prinzip einer Flow-Zelle"
  • Breßler, Jennifer (2016)
    "Eine experimentelle Untersuchung von Grundlagenversuchen für das Redox-Flow-Batterie-System mit den Stoffen Hydroxyaceton und Purpurin"
  • Koring, Dustin (2016)
    "Die Erarbeitung von grundlegenden Versuchen für eine organische Redox-Flow-Batterie mit Anthocyanidinen Farbstoffen"
  • Behnisch, Markus (2016)
    "Eine experimentelle Erprobung von Grundlagenversuchen zu Redox-Flow-Batteries"

2015

  • Pansegrau, Svenja (2015)
    "Eine experimentelle Entwicklung der Benzochinon-Anthrachinon-Batterie" Auszeichnung durch EUF
  • Ernst, Dorothee (2015)
    "Organisches Batteriesystem rund um Vanillin"
  • Wachholz, Mirco (2015)
    "Experimentelle Untersuchung der Alizarin-Batterie" Auszeichnung durch die EUF
  • Rehling, Alexander (2015)
    "Die experimentelle Erarbeitung eines organischen Batteriesystems mit Gallussäure, Pyrogallol und Phloroglucin"

Publikationen:

2018

  • Rosenberg, D., Wachhholz, M., Böttger, S., Busker, M., Jansen, W. (eingereicht):
    Organische Batterien mit Ascorbinsäure und die etwas andersartige Zitronenbatterie.
    In: Chemkon
  • Rosenberg, D., Busker, M., Jansen, W. (eingereicht):
    Modellversuche zu Redox-Flow-Batteries.
    In: Chemkon
  • Rosenberg, D., Pansegrau, S., Wachholz, M., Köppen, A., Busker, M., Jansen, W. (2018):
    Organic Redox-Flow Batteries Using Hair Dyes and Pharmaceuticals.
    WJCE 6 (1), 63–71.
  • Rosenberg, D., Koring, D., Pansegrau, S., Rehling, A., Busker, M., Jansen, W. (2018):
    Redox-Flow-Batteries – Organische Batterien mit Farbstoffen.
    MNU 71 (1), 29–36

2017

  • Rosenberg, D., Pansegrau, S., Wachholz, M., Rehling, A., Busker, M., Jansen, W. (2017):
    Redox-Flow-Batterien – Organische Batterien mit Zukunftsperspektiven.
    ChemKon, 24/4, 325–330.
  • Rosenberg, D., Rehling, A., Ernst, D., Busker, M., Jansen, W. (2017):
    Organische Batterien mit Phloroglucin und Vanillin.
    PdN-Chemie in der Schule 66 (2), 9–14.
  • Rosenberg, D., Pansegrau, S., Busker, M., Jansen, W. (2017):
    Energiespeicherung in organischen Redox-Flow-Battries mit dem roten Farbstoff in Henna.
    Nachrichten aus der Chemie 65 (2), 167–171.
  • Rosenberg, D., Rehling, A., Busker, M., Jansen, W. (2016):
    Organische Batterien mit Gallussäure, Pyrogallol und grünem Tee.
    PdN-Chemie in der Schule 65 (6), 22–27.
  • Rosenberg, D., Behnisch, M., Pansegrau, S., Busker, M., Jansen, W. (2016):
    Speicherung elektrischer Energie mit neuartigen, organischen Batterien - Einfache Schulexperimente zur Demonstration von Flow-Batteries.
    PdN-Chemie in der Schule 65 (4), 36–42.
  • Rosenberg, D., Wachholz, M., Busker, M., Jansen, W. (2016): Organische Batterien mit Alizarin - Schulexperimente zur Demonstration von Flow-Batteries mit dem Farbstoff der Krappwurzel.
    PdN-Chemie in der Schule 65 (3), 14–19.

Bearbeiter und Bearbeiterinnen:

  • Dr. Dominique Rosenberg
  • Prof. em. Dr. Walter Jansen
  • Dr. Maike Busker