Литиево-ионные батареи захватывают растущую долю приложений поддержки электросетей. Недавно Tesla заявила, что построила больше, чем гигаватт-час хранения электроэнергии, используя литий-ионный Powerpack для поддержки возобновляемой солнечной и ветровой энергии. Но литий-ионная технология — лучший выбор для стационарной поддержки электросетей? Поклонники редокс-проточных батарей (RFB) предложили бы обратное.
Насосные электролиты
Потолочные батареи (также называемые окислительно-восстановительными или восстановительно-окислительными батареями) используют два разных электролита, каждый из которых прокачивается через две половинные ячейки. Клетки разделяют тонкой ионообменной мембраной. Зарядка батареи вызывает реакцию восстановления на одной стороне мембраны и реакцию окисления — на другой. Реакция восстановления приводит к усилению электронов, в то время как окисление приводит к потере электронов. При использовании во время разряда электролиты непрерывно откачиваются из своих емкостей в реакционную ячейку, и электрическая энергия извлекается из электродов. Единственным ограничением количества энергии, которое может быть сохранено, является емкость емкостей для хранения электролита.
«Одна из основных причин, по которым DOE (Департамент энергетики) заинтересована в проточных батареях, состоит в том, что мощность и энергия этих систем являются отдельными», — говорит Винсент Спренкле, менеджер группы хранения энергии в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL ), сказал Новости дизайна . «То, что дает вам, с точки зрения сетки, является высокой степенью гибкости. Другим преимуществом является неотъемлемая безопасность. Вы находитесь в водном растворе, поэтому опасности пожара там нет, как и у вас с чистым органическим электролитом. Мы делаем водорастворимые системы. Кроме того, в системе мегаватт-часов вы можете иметь только киловатт-часы, которые физически находятся в контакте друг с другом в любое время », — пояснил он.
The Right Stuff
Выбор материалов для реакций восстановления и окисления оказывает большое влияние на характеристики аккумуляторной батареи. Концепция проточной батареи была впервые использована в 1884 году с батареей из цинка и хлора, которая приводила в действие дирижабль Чарльза Ренарда La France. Совсем недавно батареи окислительно-восстановительного потока были изготовлены из бромида цинка. Это относится к ZCell, системе хранения энергии на 10 киловатт-часов, разработанной в Австралии.
Когда заряд ZCell заряжается, электрический ток перемещается в батарею, вызывая удаление цинка из раствора бромида цинка и гальванизацию на пластинчатом электролите, заполненном углеродом. Образующийся бромный газ взаимодействует с другими агентами с образованием густого масла. Во время разряда цинк удаляется с электрода и соединяется с бромом, чтобы получить бромид цинка и избыток электронов. Эти электроны движутся по проводам за пределами батареи для питания электрических устройств, прежде чем возвращаться обратно к противоположному электроду аккумуляторной батареи.
«Мы думали, что феназин представляет собой действительно недоиспользованный район, и когда мы начали изучать его, мы обнаружили, что он действительно показал много обещаний. Мы смогли развить нашу систему оттуда », — сказал Аарон Холлас, ученый и исследователь органической химии в PNNL Design News . Были и другие причины для изучения органических материалов для проточных батарей. «Очевидно, что преимущество в затратах, с которым мы в первую очередь заботимся, но также у нас есть большая перестраиваемость, когда мы переходим от простых растворов ионов металлов к органическим веществам. Существует много разных моделей замещения, которые мы можем делать с органикой. Мы можем настраивать такие вещи, как растворимость и окислительно-восстановительный потенциал — многие вещи, которые мы не можем делать с простыми ионами металлов, такими как ванадий », — сказал Холлас. В будущее Очевидно, что проточные батареи большого размера и требуют насосов и резервуаров для хранения электролита. Таким образом, они используются в основном для стационарных применений. Они особенно эффективны для выравнивания нагрузки и регулирования частоты в электрических сетях, когда требуются батареи с высокой мощностью и большой емкостью. Потоковые батареи способны много тысяч циклов заряда и разряда (выше, чем ион лития). Они также могут долгое время не работать, прежде чем начать с небольшой подготовки или вообще без нее, и, в отличие от литиево-ионных батарей, могут быть разряжены на 100% без повреждений. В настоящее время ведется множество проектов по коммунальным сетям, использующих проточные батареи различных типов в полной конфигурации и конфигурации микросетей, в частности, с использованием возобновляемой энергии. «У нас была активная программа в течение ряда лет, которая смотрела на то, чтобы снизить стоимость этих систем. Таким образом, мы почти вдвое сократили стоимость ванадиевых систем. Это закончилось, а затем в прошлом году мы начали с этой новой системы, где мы заменили ванадий органической системой, которая, по нашему мнению, может еще больше сократить затраты в два-три раза », — сказал Спренкле. Теперь, когда феназин был продемонстрирован в небольшом масштабе, в дальнейшем он будет расширяться до уровня киловатт «в течение следующих трех-четырех лет, чтобы получить это в том же состоянии технической возможности, что и ванадий», — сказал Спренкле. Старший редактор Кевин Клеменс уже более 30 лет пишет об энергетике, автомобильной и транспортной тематике. Имеет степень магистра в области материаловедения и экологического образования, а также докторскую степень по машиностроению, специализирующуюся на аэродинамике. Он установил несколько мировых рекордных скоростей наземных скоростей на электрических мотоциклах, которые он построил в своей мастерской.
|
Загрузка...