Virtausakku - Flow battery

Tyypillinen virtausakku koostuu kahdesta nestesäiliöstä, jotka pumpataan kahden elektrodin välissä olevan kalvon ohi.

Virtausakku , tai redox-virtausakku (jälkeen vähennys-hapetus ), on eräänlainen sähkökemiallisen kennon , jossa kemiallinen energia saadaan kahdesta kemiallisten komponenttien liuotettiin nesteisiin, jotka pumpataan järjestelmän eri puolille kalvo. Ioninvaihto (johon liittyy sähkövirtaus) tapahtuu kalvon läpi, kun molemmat nesteet kiertävät omassa tilassaan. Kennojännite on kemiallisesti määritetään Nernstin yhtälön ja alueet, käytännön sovelluksissa, 1,0-2,43 volttia .

Virtausakkua voidaan käyttää polttokennon tapaan (jossa käytetty polttoaine uutetaan ja uutta polttoainetta lisätään järjestelmään) tai ladattavan akun tavoin (kun sähkövirtalähde edistää polttoaineen regenerointia). Vaikka sillä on teknisiä etuja verrattuna perinteisiin ladattaviin akkuihin, kuten mahdollisesti erotettavissa oleviin nestesäiliöihin ja lähes rajattomaan pitkäikäisyyteen, nykyiset toteutukset ovat suhteellisen vähemmän tehokkaita ja vaativat kehittyneempää elektroniikkaa.

Energiakapasiteetti on elektrolyyttitilavuuden funktio ja teho on elektrodien pinta -alan funktio .

Rakentamisen periaate

Virtausakku on ladattava polttokenno , jossa yhtä tai useampaa liuennutta elektroaktiivista elementtiä sisältävä elektrolyytti virtaa sähkökemiallisen kennon läpi, joka muuntaa palautuvasti kemiallisen energian suoraan sähköksi . Sähköaktiiviset elementit ovat "liuoksessa olevia elementtejä, jotka voivat osallistua elektrodireaktioon tai jotka voivat adsorboitua elektrodiin". Lisäelektrolyyttiä varastoidaan ulkoisesti, yleensä säiliöissä, ja se pumpataan yleensä reaktorin kennon (tai kennojen) läpi, vaikka myös painovoiman syöttöjärjestelmät tunnetaan. Virtausakut voidaan "ladata" nopeasti vaihtamalla elektrolyyttiliuos (samalla tavalla kuin polttomoottoreiden polttoainesäiliöiden täyttö ) samalla kun kerätä käytetty materiaali uudelleen lataamista varten. Monet virtausparistot käyttävät hiilikuituelektrodeja alhaisen hinnan ja riittävän sähkönjohtavuuden vuoksi, vaikka nämä elektrodit rajoittavat jonkin verran tehotiheyttä johtuen niiden alhaisesta luontaisesta aktiivisuudesta monien redoksiparien suhteen.

Toisin sanoen virtausakku on sähkökemiallinen kenno , jolla on ominaisuus, että ioniliuos ( elektrolyytti ) varastoidaan kennon ulkopuolella (elektrodien ympärillä olevan kennon sijaan) ja voidaan syöttää kennoon sähkön tuottamiseksi . Tuotettavan sähkön kokonaismäärä riippuu säiliöiden elektrolyytin määrästä.

Virtausakkuja säätelevät sähkökemiallisen suunnittelun vahvistamat suunnitteluperiaatteet .

Tyypit

Erilaisia ​​virtauskennoja (paristoja) on kehitetty, mukaan lukien redoksi- , hybridi- ja kalvoton. Perusero perinteisten paristojen ja virtauskennojen välillä on se, että energia varastoidaan elektrodimateriaaliin tavanomaisissa paristoissa, kun taas virtauskennoissa se varastoidaan elektrolyyttiin .

Redox

Redox (pelkistys-hapetus) solu on palautuva solu, jossa sähkökemiallinen komponentit liuotetaan elektrolyyttiin. Redox -virtausparistot ovat ladattavia ( toissijaiset kennot ). Koska ne käyttävät heterogeeninen elektronin siirto pikemminkin kuin kiinteän tilan diffuusion tai interkalaation ne ovat enemmän asianmukaisesti kutsutaan polttokennot pikemminkin kuin akkuja. Teollisessa käytännössä polttokennoja pidetään yleensä ja tarpeettomasti primäärikennoina, kuten H
₂/ O
₂järjestelmä. Yksiköity regeneratiivinen Polttokenno on NASA : n Helios Prototype on toinen polttokenno. Euroopan patenttivirasto luokittelee redox virtaus soluja (H01M8 / 18C4), kuten osa-luokan regeneratiivisen polttokennot (H01M8 / 18). Esimerkkejä redoksivirtausakkuista ovat vanadiini -redox -virtausakku , polysulfidibromidiakku (Regenesys) ja uraanin redox -virtausakku. Redox -polttokennot ovat kaupallisesti harvinaisempia, vaikka monia järjestelmiä on ehdotettu.

Vanadiini -redox -virtausparistot ovat tällä hetkellä eniten myytyjä virta -akkuja, koska niillä on lukuisia etuja muihin kemioihin verrattuna, huolimatta niiden rajallisesta energia- ja tehotiheydestä. Koska he käyttävät vanadiinia molemmissa elektrodeissa, niillä ei ole ristikontaminaatio-ongelmia. Samasta syystä niiden käyttöikä on vertaansa vailla (15 000–20 000 sykliä), mikä puolestaan ​​johtaa ennätyksellisiin energiakustannuksiin (LCOE eli järjestelmän kustannukset jaettuna käyttökelpoisella energialla, kiertokululla ja edestakaisella tehokkuudella) , jotka ovat luokkaa muutamia kymmeniä dollareita tai senttejä kilowattituntia kohden, eli paljon alhaisemmat kuin muut puolijohdeparistot eivätkä ole kovin kaukana Yhdysvaltojen ja EY: n valtion virastojen ilmoittamista 0,05 ja 0,05 euron tavoitteista.

Prototyyppi sinkki - poly- jodidi- virtausakku on osoitettu energiatiheys on 167 Wh / l ( watti-tuntia per litra ). Vanhemmat sinkkibromidisolut saavuttavat 70 Wh/l. Vertailun vuoksi litium -rautafosfaattiparistot varastoivat 233 Wh/l. Sinkki-polyjodidi-akun väitetään olevan turvallisempi kuin muut virtausakut, koska siinä ei ole happamia elektrolyyttejä, palamattomuus ja toiminta-alue -20 ... 50 ° C, joka ei vaadi laajoja jäähdytyspiirejä. lisää painoa ja vie tilaa. Yksi ratkaisematon ongelma on sinkin kertyminen negatiiviseen elektrodiin, joka läpäisi kalvon, mikä vähentää tehokkuutta. Zn-dendriitin muodostumisen vuoksi Zn-halogenidi-akut eivät voi toimia suurella virrantiheydellä (> 20 mA/cm ² ), joten niiden tehotiheys on rajallinen. Alkoholin lisääminen ZnI -akun elektrolyyttiin voi hallita ongelmaa hieman.

Kun akku on täysin tyhjä, molemmissa säiliöissä on sama elektrolyyttiliuos: positiivisesti varautuneiden sinkki -ionien seos ( Zn²⁺
) ja negatiivisesti varautunutta jodidi -ionia, ( I^-
). Kun yksi säiliö on ladattu, siinä on toinen negatiivinen ioni, polyjodidi ( I^-
₃). Akku tuottaa virtaa pumppaamalla nestettä ulkoisista säiliöistä akun pinoalueelle, jossa nesteet sekoitetaan. Pinon sisällä sinkki -ionit kulkevat selektiivisen kalvon läpi ja muuttuvat metallisinkiksi pinon negatiivisella puolella. Sinkki-jodidi-virtausakun energiatiheyden lisäämiseksi bromidi-ioneja ( Br
_-) käytetään kompleksinmuodostajana vapaan jodin stabiloimiseksi muodostaen jodi-bromidi-ioneja ( I
₂Br^-
) keinona vapauttaa jodidi -ioneja latausta varten.

Perinteisissä virtausparistokemioissa on sekä alhainen ominaisenergia (mikä tekee niistä liian raskaita täysin sähkökäyttöisille ajoneuvoille) että alhainen ominaisteho (mikä tekee niistä liian kalliita kiinteään energian varastointiin). Kuitenkin suuri teho 1,4 W/cm ² osoitettiin vety-bromivirta-akkuille ja korkea ominaisenergia (530 Wh/kg säiliön tasolla) osoitettiin vetybromaattivirta-akuille

Yksi järjestelmä käyttää orgaanisia polymeerejä ja suolaliuosta, jossa on selluloosakalvo . Prototyyppi kesti 10 000 latauskertaa säilyttäen silti huomattavan kapasiteetin. Energian tiheys oli 10 Wh/l. Virrantiheys saavutti 100 milliampeeria/cm ² .

Hybridi

Hybridivirta -akku käyttää yhtä tai useampaa elektroaktiivista komponenttia, joka on kerrostettu kiinteäksi kerrokseksi. Tässä tapauksessa sähkökemiallinen kenno sisältää yhden akkuelektrodin ja yhden polttokennoelektrodin. Tämän tyypin energiaa rajoittaa elektrodin pinta -ala. Hybridivirta-akut sisältävät sinkki-bromi- , sinkki-cerium- , lyijy-happo- ja rauta-suolavirta-akut. Weng et ai. raportoi ladattavan vanadiini-metallihydridihybridivirta-akun, jonka kokeellinen OCV oli 1,93 V ja käyttöjännite 1,70 V, erittäin suuret arvot vesipitoisia elektrolyyttejä sisältävien ladattavien virta-akkujen joukossa. Tämä hybridiakku koostuu grafiittihuopa -positiivisesta elektrodista, joka toimii VOSO _{4: n} ja H ₂ SO _{4: n} seosliuoksessa , ja metallihydridin negatiivisesta elektrodista KOH -vesiliuoksessa . Kaksi eri pH -arvoista elektrolyyttiä erotetaan kaksisuuntaisella kalvolla. Järjestelmä osoitti hyvän palautuvuuden ja korkean hyötysuhteen coulombissa (95%), energiassa (84%) ja jännitteessä (88%). He raportoivat tämän uuden redox -parin lisäparannuksista, joissa saavutettiin lisääntynyt virrantiheys, suurempien 100 cm ^{2: n} elektrodien toiminta ja 10 suuren kennon toiminta sarjassa. Alustavat tiedot, joissa käytettiin vaihtelevaa simuloitua tehonsyöttöä, testasivat elinkelpoisuutta kohti kWh -asteikon tallennusta. Äskettäin on ehdotettu suurta energiatiheyttä Mn (VI)/Mn (VII) -Zn-hybridivirta-akkua.

Kalvoton

Kalvoton akku perustuu laminaarivirtaukseen , jossa kaksi nestettä pumpataan kanavan läpi, jossa ne käyvät läpi sähkökemiallisia reaktioita energian varastoimiseksi tai vapauttamiseksi. Liuokset virtaavat rinnakkain sekoittaen vähän. Virtaus erottaa luonnollisesti nesteet, jolloin kalvoa ei tarvita.

Kalvot ovat usein kalleimpia ja vähiten luotettavia paristojen osia, koska ne voivat syöpyä toistuvalla altistumisella tietyille reagoiville aineille. Kalvon puuttuminen mahdollistaa nestemäisen bromiliuoksen ja vedyn käytön: tämä yhdistelmä on ongelmallinen kalvoja käytettäessä, koska ne muodostavat bromivetyhapon, joka voi tuhota kalvon. Molemmat materiaalit ovat saatavilla edullisesti.

Suunnittelussa käytetään pientä kanavaa kahden elektrodin välillä. Nestemäinen bromi virtaa kanavan läpi grafiittikatodin yli ja bromivetyhappo virtaa huokoisen anodin alla. Samaan aikaan vetykaasu virtaa anodin poikki. Kemiallinen reaktio voidaan kääntää akun lataamiseksi - ensimmäinen kalvoton malli. Yksi tällainen kalvoton virtausakku, joka julkaistiin elokuussa 2013, tuotti suurimman tehotiheyden 0,795 mW/cm ² , joka on kolme kertaa enemmän tehoa kuin muut kalvoton järjestelmät-ja suuruusluokkaa korkeampi kuin litiumioniakut.

Äskettäin on osoitettu makroskaalainen kalvoton redox -virtausakku, joka kykenee lataamaan ja kierrättämään samoja elektrolyyttivirtoja useita jaksoja. Akku perustuu sekoittumattomiin orgaanisiin katolyytteihin ja vesipitoisiin anolyytti -nesteisiin, joilla on suuri kapasiteetin säilyttäminen ja Coulombic -tehokkuus pyöräilyn aikana.

Luomu

Verrattuna epäorgaanisiin redox-virtausakkuihin, kuten vanadiini-redoksiparistoihin ja Zn-Br2-akkuihin, joita on kehitetty vuosikymmeniä, orgaaniset redox-virtausparistot ilmestyivät vuonna 2009. Orgaanisten redox-virtausparistojen ensisijainen vetovoima on viritettävissä olevat redoksiparistot redoksiaktiivisista komponenteista.

Orgaaniset redox-virtausparistot voidaan edelleen luokitella vesipitoisiksi (AORFB) ja ei-vesipitoisiksi (NAORFB). AORFB: t käyttävät vettä liuottimena elektrolyyttimateriaaleille, kun taas NAORFB: t käyttävät orgaanisia liuottimia. AORFB: t ja NAORFB: t voidaan edelleen jakaa orgaanisiin ja hybridijärjestelmiin. Ensimmäiset käyttävät vain orgaanisia elektrodimateriaaleja, kun taas jälkimmäiset käyttävät epäorgaanisia materiaaleja anodille tai katodille. Suuremmassa mittakaavassa energian varastoinnissa alhaisemmat liuotinkustannukset ja parempi johtavuus antavat AORFB-laitteille suuremman kaupallisen potentiaalin ja tarjoavat turvallisuusetuja vesipohjaisista elektrolyytteistä. NAORFB: t tarjoavat sen sijaan paljon suuremman jänniteikkunan ja vievät vähemmän fyysistä tilaa.

Kinonit ja niiden johdannaiset ovat monien orgaanisten redoksijärjestelmien perusta. Eräässä tutkimuksessa katodeina käytettiin 1,2-dihydrobentsokinoni-3,5-disulfonihappoa (BQDS) ja 1,4-dihydrobentsokinoni-2-sulfonihappoa (BQS), ja tavanomainen Pb/ PbSO ₄ oli hybridi anolyytti. happo AORFB. Kinonit hyväksyvät kaksi yksikköä sähkövarausta verrattuna yhteen tavanomaisessa katolyytissä, mikä tarkoittaa, että tällainen akku voisi tallentaa kaksinkertaisesti enemmän energiaa tietyssä tilavuudessa.

9,10-antrakinoni-2,7-disulfonihappo (AQDS), myös kinoni , on arvioitu. AQDS tapahtuu nopea, reversiibeli kahden elektronin / kaksi-protoni vähentäminen on lasimainen hiili elektrodi on rikkihappo . Vesipitoinen akku, jossa on edullisia hiilielektrodeja ja jossa yhdistetään kinoni/hydrokinonipari ja Br
₂/ Br^-
redox- pari, tuottaa piikin galvaaninen tehotiheys ylittää 6000 W / m ² on 13000 A / m ² . Pyöräily osoitti> 99% säilytyskapasiteettia jaksoa kohden. Tilavuusenergian tiheys oli yli 20 Wh/l. Antrakinoni-2-sulfonihappo ja antrakinoni-2,6-disulfonihappo negatiivisella puolella ja 1,2-dihydrobentsokinoni-3,5-disulfonihappo positiivisella puolella välttävät vaarallisen Br _{2: n käytön} . Akun väitettiin kestävän 1000 sykliä ilman hajoamista, vaikka tietoja ei julkaistu. Vaikka tämä orgaaninen kokonaisjärjestelmä näyttää vankalta, sillä on alhainen kennojännite (noin 0,55  V) ja pieni energiatiheys (<4  Wh/L).

Elektrolyyttinä käytetty bromivetyhappo on korvattu paljon vähemmän myrkyllisellä alkaliliuoksella (1  M KOH ) ja ferrosyanidilla . Korkeampi pH on vähemmän syövyttävä, mikä mahdollistaa halpojen polymeerisäiliöiden käytön. Kalvon lisääntynyt sähkövastus kompensoitiin lisäämällä jännitettä. Kennojännite oli 1,2  V. Kennon hyötysuhde ylitti 99%ja edestakainen hyötysuhde 84%. Akun odotettu käyttöikä on vähintään 1000 sykliä. Sen teoreettinen energiatiheys oli 19  Wh/l. Ferrosyanidin kemiallinen stabiilisuus korkean pH-arvon omaavassa KOH-liuoksessa ilman Fe (OH) _{2: n} tai Fe (OH) _{3: n muodostumista} on tarkistettava ennen mittakaavan laajentamista.

Toinen orgaaninen AORFB käytetään metyyli viologen kuin anolyytin ja 4-hydroksi- 2,2,6,6-tetrametyylipiperidin -1-oksi, kuten katolyytin, sekä natriumkloridia ja edullinen Anioninvaihtomembraani. Tällä MV/TEMPO -järjestelmällä on korkein kennojännite, 1,25  V, ja mahdollisesti pienin pääomakustannus (180 dollaria/kWh) AORFB -laitteille. Vesipohjaiset nestemäiset elektrolyytit on suunniteltu korvaamaan nykyiset järjestelmät korvaamatta olemassa olevaa infrastruktuuria. 600 milliwatin testiakku oli vakaa 100 sykliä ja lähes 100 prosentin hyötysuhde virtatiheyksillä 20-100 mA/cm ² , ja optimaalinen suorituskyky oli 40-50  mA, jolloin noin 70% akun alkuperäisestä jännitteestä oli säilytetty. Neutraalit AORFB: t voivat olla ympäristöystävällisempiä kuin happamat tai emäksiset AORFB: t, ja niiden sähkökemiallinen suorituskyky on verrattavissa syövyttäviin RFB: eihin. MV/TEMPO AORFB: n energiatiheys on 8,4  Wh/L, rajoitus TEMPO -puolella.

Yksi virtausakun konsepti perustuu redoksiaktiivisiin orgaanisiin polymeereihin. Se käyttää viologeenia ja TEMPOa dialyysikalvoilla. Polymeeripohjainen redox-flow-akku (pRFB) käyttää funktionalisoituja makromolekyylejä (samanlaisia ​​kuin akryylilasi tai styroksi ), jotka on liuotettu veteen aktiivisena materiaalina elektrodeille. Näin voidaan käyttää yksinkertaisia ​​dialyysikalvoja. Kalvo toimii kuin siivilä, ja se valmistetaan paljon helpommin ja halvemmalla kuin perinteiset ioniselektiiviset kalvot. Se säilyttää suuret "spagetti" -maiset polymeerimolekyylit ja sallii pienten vastaionien kulkea. Konsepti voi ratkaista perinteisen Nafion -kalvon korkeat kustannukset , mutta redox -aktiivisen polymeerin, jolla on korkea vesiliukoisuus, suunnittelu ja synteesi ei ole triviaalia.

Yhdistettynä redox-aktiivisten komponenttien viritettävyyteen orgaanisten redox-virtausparistojen tärkeimpänä etuna on kehitetty ajatus sekä anolyytin että katolyytin yhdistämisestä samaan molekyyliin. Ns. Bifunktionaaliset analyytit tai yhdistelmämolekyylit mahdollistavat saman materiaalin käytön molemmissa säiliöissä, mistä on merkittäviä etuja, kuten ristikytkentävaikutuksen vähentäminen. Siten diaminoantrakinoni, myös kinoni, ja indigopohjaiset molekyylit sekä TEMPO/ fenatsiini yhdistävät molekyylit on esitetty mahdollisina elektrolyytteinä symmetristen redoksivirta-akkujen (SRFB) kehittämiseksi.

Toinen anolyyttikandidaatti on fluorenoni , joka on suunniteltu parantamaan sen vesiliukoisuutta. Käänteinen ketoni (de) hydraus -esittelykenno toimi jatkuvasti 120 päivän ajan 1111 lataussyklin ajan huoneenlämmössä ilman katalyyttiä, säilyttäen 97% sen kapasiteetista. Kenno tarjoaa yli kaksinkertaisen vanadiinipohjaisten järjestelmien energiatiheyden.

Metallihydridi

Protonivirta -akut (PFB) integroivat metallihydridisäilytyselektrodin palautuvaan protonivälityskalvon (PEM) polttokennoon . Latauksen aikana PFB yhdistää vetyioneja, jotka on tuotettu halkaisuvedestä, elektronien ja metallihiukkasten kanssa yhdessä polttokennon elektrodissa. Energia varastoidaan kiinteän olomuodon metallihydridin muodossa. Poisto tuottaa sähköä ja vettä, kun prosessi käännetään ja protonit yhdistetään ympäristön hapen kanssa. Litiumia halvempia metalleja voidaan käyttää ja ne tarjoavat suuremman energiatiheyden kuin litiumkennot.

Metallikompleksit

Metalli-orgaaniset virtausparistot käyttävät orgaanisia ligandeja tarjoamaan edullisempia ominaisuuksia redoksiaktiivisille metalleille. Ligandit voivat olla kelaatteja, kuten EDTA , ja ne voivat mahdollistaa elektrolyytin olevan neutraalissa tai emäksisessä pH: ssa, olosuhteissa, joissa metalliset vesikompleksit muuten saostuisivat. Estämällä veden koordinoinnin metallin kanssa orgaaniset ligandit voivat myös estää metallikatalysoituja veden halkaisureaktioita , mikä johtaa joihinkin kaikkien aikojen korkeimpiin jännitteisiin vesipitoisiin järjestelmiin. Esimerkiksi kromin käyttö, joka oli koordinoitu 1,3-propaaniamiinitetra-asetaatiksi (PDTA), antoi solupotentiaalin 1,62 V vs. ferrosyanidi ja ennätys 2,13 V vs. bromi. Metalli-orgaaniset virtausparistot tunnetaan toisinaan koordinaatiokemian virtausakkuina, mikä edustaa Lockheed Martinin Gridstar Flow -tekniikan takana olevaa tekniikkaa.

Nano-verkko

Litium -rikki -järjestelmä, joka on järjestetty nanohiukkasten verkkoon, poistaa tarpeen, että varaus siirtyy sisään ja ulos hiukkasista, jotka ovat suorassa kosketuksessa johtavan levyn kanssa. Sen sijaan nanopartikkeliverkko mahdollistaa sähkön virtaamisen nesteen läpi. Tämä mahdollistaa enemmän energian talteenottoa.

Muut virtaustyyppiset akut

Muita virtaustyyppisiä paristoja ovat sinkki-cerium-hybridivirta-akku , sinkki-bromi-hybridivirta-akku ja bromivetyakku .

Puolikiinteä

Puolikiinteä virtausakku

Kun puolikiinteä virtauksen solun , positiivisen ja negatiivisen elektrodin koostuvat hiukkaset kantajanesteeseen. Positiiviset ja negatiiviset suspensiot varastoidaan erillisiin säiliöihin ja pumpataan erillisten putkien kautta viereisten reaktiokammioiden pinoon, jossa ne erotetaan esteellä, kuten ohuella, huokoisella kalvolla. Tässä lähestymistavassa yhdistyvät vesipitoisten akkujen perusrakenne, jossa käytetään nestemäiseen elektrolyyttiin suspendoitua elektrodimateriaalia, ja litiumioniakkujen kemia sekä hiilettömissä suspensioissa että lietteissä, joissa on johtava hiiliverkko. Hiilivapaata puolikiinteää redox-virtausakkua kutsutaan joskus myös nimellä Solid Dispersion Redox Flow Battery . Materiaalin liukeneminen muuttaa sen kemiallista käyttäytymistä merkittävästi. Kiinteän materiaalin ripustuspalat kuitenkin säilyttävät kiinteän aineen ominaisuudet. Tuloksena on viskoosi suspensio, joka virtaa melassin tavoin .

Kemiat

Virtausakkuja varten on kokeiltu laaja valikoima kemikaaleja.

Edut

Redox -virtausakkuilla ja vähemmässä määrin hybridivirta -akuilla on etunsa

• joustava asettelu (virta- ja energiakomponenttien erottamisen vuoksi)
• pitkä käyttöikä (koska kiinteitä ja kiinteitä faasisiirtymiä ei ole )
• nopeat vasteajat
• ei tarvitse "tasaus" -latausta (akun ylilataus, jotta kaikilla kennoilla on sama varaus)
• ei haitallisia päästöjä.

Jotkut tyypit tarjoavat myös helpon varaustilan määrittämisen (jännitteen riippuvuuden varauksesta), vähäisen ylläpidon ja sietokyvyn ylikuormitukselle/ylikuormitukselle.

Ne ovat turvassa, koska

• ne eivät tyypillisesti sisällä syttyviä elektrolyyttejä
• elektrolyytit voidaan säilyttää kaukana virtapinosta.

Nämä tekniset edut tekevät redox-virtausparistoista hyvin sopivan vaihtoehdon suuren mittakaavan energian varastointiin.

Haitat

Kaksi tärkeintä haittaa ovat

• alhainen energiatiheys (tarvitset suuria säiliöitä elektrolyyttejä hyödyllisten energiamäärien tallentamiseksi)
• alhaiset lataus- ja purkausnopeudet (verrattuna muihin teollisiin elektrodiprosesseihin). Tämä tarkoittaa, että elektrodien ja kalvonerottimien on oltava suuria, mikä lisää kustannuksia.

Verrattuna palautumattomiin polttokennoihin tai elektrolysaattoreihin, jotka käyttävät samanlaisia ​​elektrolyyttisiä kemiaa, virtausparistojen hyötysuhde on yleensä jonkin verran alhaisempi.

Sovellukset

Virtausakkuja pidetään yleensä suhteellisen suurissa (1 kWh - 10 MWh) kiinteissä sovelluksissa. Nämä ovat:

• Kuormituksen tasapainotus- jossa akku on liitetty sähköverkkoon ylimääräisen sähköenergian tallentamiseksi ruuhka-aikoina ja vapauttamaan sähköä kysyntähuipun aikana. Yleinen ongelma, joka rajoittaa useimpien virtausakkujen käyttöä tässä sovelluksessa, on niiden alhainen pinta -alateho (käyttövirran tiheys), mikä merkitsee korkeita tehon kustannuksia.
• Energian varastointi uusiutuvista lähteistä, kuten tuulesta tai aurinkopaneelista, purkautumiseen ruuhka -aikoina.
• Parranajo, jossa akku tyydyttää kysynnän.
• UPS , jossa akkua käytetään, jos verkkovirta katkeaa.
• Tehon muuntaminen - koska kaikilla kennoilla on sama elektrolyytti. Siksi elektrolyytti (t) voidaan ladata käyttämällä tiettyä lukumäärää kennoja ja purkaa eri määrällä. Koska akun jännite on verrannollinen käytettyjen kennojen määrään, akku voi siksi toimia erittäin tehokkaana DC -DC -muuntimena . Lisäksi, jos kennojen lukumäärää muutetaan jatkuvasti (tulo- ja/tai lähtöpuolella), tehonmuunnos voi olla myös AC/DC, AC/AC tai DC -AC, jonka taajuus on kytkimen rajoitettu.
• Sähköajoneuvot - Koska virta -akut voidaan "ladata" nopeasti vaihtamalla elektrolyytti, niitä voidaan käyttää sovelluksissa, joissa ajoneuvon on saatava energiaa yhtä nopeasti kuin polttomoottorinen ajoneuvo. Yleinen ongelma, joka löytyy useimmista RFB -kemikaaleista sähköautojen sovelluksissa, on niiden alhainen energiatiheys, joka muuttui lyhyeksi. Hyvin liukoisiin halaateihin perustuvat virtausparistot ovat merkittävä poikkeus.
• Erillinen sähköjärjestelmä- Esimerkki tästä on matkapuhelinten tukiasemissa, joissa ei ole verkkovirtaa. Akkua voidaan käyttää aurinko- tai tuulivoimalähteiden rinnalla niiden vaihtelevien tehotasojen kompensoimiseksi ja generaattorin rinnalla, jotta akku voidaan käyttää tehokkaimmin polttoaineen säästämiseksi. Tällä hetkellä virtausparistoja käytetään aurinkomikrosovelluksissa kaikkialla Karibialla.

Katso myös

• Polttokennotermien sanasto
• Vetytekniikat
• Redox -elektrodi

Viitteet

Ulkoiset linkit

• Electropaedia virtausparistoissa
• Tutkimus uraanin redoksivirtausakusta
• Miten virtaus akut työ on YouTubessa
• Etelä -Australian virtausakkuhanke