Baterie debit

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Schema de funcționare a unei baterii cu flux de vanadiu

O baterie flux este un tip de baterie reîncărcabilă , în care electroliții care conțin una sau mai multe substanțe electroactive dizolvate curg printr-o celulă electrochimică care convertește energia chimică direct în energie electrică . Electroliții sunt depozitați extern, în general în rezervoare și sunt pompați prin celula (sau celulele) reactorului, există și sisteme bazate pe forța gravitațională. [1] Bateriile cu flux pot fi „reîncărcate” rapid prin înlocuirea electrolitului lichid (cum ar fi umplerea rezervorului de combustibil al mașinii cu un motor cu ardere internă) în timp ce se recuperează simultan materialul epuizat pentru a fi re-alimentat.

Descriere

Luând în considerare definițiile date mai sus, o baterie cu flux poate fi definită ca un tip special de baterie reîncărcabilă în care dizolvarea fluidelor electroactive în electrolit și stocarea externă a reactivilor permit setarea parametrilor electrici. Mai mult, deoarece reactivii sunt depozitați în exterior, sunt evitate fenomenele de auto-descărcare care sunt prezente în sistemele de baterii de gradul I sau II.

La începutul secolului al XXI-lea, acest tip de baterie a făcut obiectul studiului; un rezultat al acestor studii (încă în desfășurare) a fost „bateria de flux semisolid” în care electroliții negativi și pozitivi sunt prezenți ca particule într-un singur lichid [2] [3] . Primul producător de mașini care a folosit aceste baterii ca sursă de energie este Nano Flowcell AG: e-Sportlimousine a obținut în iulie 2014 certificarea pentru a circula pe drumurile publice europene [4] .

Distincția de celulele de combustibil

Celulele de combustibil sunt dispozitive adecvate pentru conversia electrochimică în energie electrică în care un combustibil și un oxidant (de aici și sufixul redox care derivă din reducere - oxidare ) reacționează prin schimbul de electroni la anod și catod al celulei, separați printr-o membrană care permite schimbul de ioni . Aceste dispozitive nu sunt supuse limitării motorului termic Carnot și pot genera teoretic electricitate atâta timp cât sunt alimentate cu combustibil și oxidant. Ele diferă de baterii deoarece într-o baterie densitatea energiei este limitată de capacitatea de stocare a fluidului, în timp ce celulele de combustibil, fiind furnizate extern, permit reglarea puterii și parametrilor electrici.

Electrolitul dintr-o celulă de combustibil rămâne întotdeauna în interiorul reactorului (sub forma unei membrane care permite schimbul de ioni, de exemplu). Ceea ce curge în reactor sunt doar substanțe chimice electroactive, care nu conduc electricitatea (hidrogen, metanol, oxigen etc.), spre deosebire de bateriile cu flux, în care curg cel puțin unii dintre electroliți (în general cei mai mari din punct de vedere al greutății și volumului) prin reactor.

Bateriile cu flux se disting, de asemenea, de celulele de combustibil prin faptul că reacția chimică indusă este adesea reversibilă, de exemplu, acestea sunt în general baterii de tip II care pot fi reîncărcate fără a înlocui materialul electroactiv. Un alt aspect important în bateriile cu flux redox este acela că puterea și densitatea energiei bateriilor sunt independente una de cealaltă, spre deosebire de bateriile reîncărcabile de al doilea tip.

Pentru a adăuga confuzia, Organizația Europeană de Brevete clasifică celulele cu flux redox (H01M8 / 18C4) ca o subclasă de celule de combustibil regenerative (H01M8 / 18).

Clase de baterii de debit

Există diferite clase de baterii de flux, inclusiv redox (redox) , în care toate componentele electroactive sunt dizolvate în electrolit. Dacă unul sau mai multe componente electroactive sunt depozitate într-un strat solid, sistemul se numește baterie cu flux hibrid . [5] . Principala diferență între aceste două tipuri de baterii cu flux este că energia bateriei cu flux redox poate fi determinată și este pe deplin independentă de puterea bateriei, deoarece energia depinde de capacitatea rezervoarelor și de dimensiunea reactorului. Bateria cu flux hibrid, similar cu o baterie tradițională, este limitată energetic de cantitatea de material solid prezent în interior. În termeni practici, acest lucru înseamnă că timpul de descărcare a bateriei cu flux redox poate fi variat, în funcție de cerere, de la câteva minute la multe zile, în timp ce o baterie cu flux hibrid poate dura de obicei de la câteva minute la câteva ore.

Un alt tip de baterie cu flux este celula de combustibil redox [6], care are un reactor convențional cu baterie cu flux, care funcționează exclusiv pentru a produce electricitate. Reîncărcarea are loc prin reducerea electrolitului negativ folosind un combustibil (de exemplu hidrogen ) și oxidarea electrolitului pozitiv folosind un oxidant (de obicei oxigen sau aer).

Exemple de baterii redox sunt bateria redox vanadiu , bateria polisulfură bromură (Regenesys) și bateria redox uraniu . [7] . Printre bateriile cu flux hibrid se găsesc bateria cu flux de zinc-brom, ceriu-zinc și toate bateriile cu flux pe bază de plumb. Celulele de combustibil Redox sunt mai puțin răspândite comercial, deși au fost propuse multe sisteme. Bateria de flux de protoni dezvoltată de cercetătorul australian Dr. Andrews poate fi, de asemenea, inclusă în această categorie. [8] [9] [10] [11] [12]

Avantaje și dezavantaje

Bateriile cu flux redox și, într-o măsură mai mică, bateriile cu flux hibrid, au avantajul de a avea un aspect flexibil (datorită separării componentelor de putere și a componentelor energetice), ciclu de viață lung, timpi de răspuns rapid (în comun cu aproape toate bateriile) , nu trebuie să niveleze încărcarea și nu lipsesc emisiile nocive (în comun cu aproape toate bateriile). Unele tipuri au un sistem simplu pentru determinarea încărcării reziduale, întreținere redusă și toleranță la suprasarcină / supra-descărcare.

Pe de altă parte, dezavantajele sunt că bobinele de curgere sunt mult mai complicate decât bobinele standard, deoarece pot necesita utilizarea pompelor secundare, a senzorilor, a unităților de control și a rezervoarelor de izolare. Densitatea puterii variază considerabil, dar este de obicei mult mai mică decât bateriile portabile, cum ar fi Li-ion .

Cu toate acestea, în aplicațiile staționare, acest parametru nu este esențial.

Aplicații

Bateriile cu flux sunt utilizate pentru aplicații imobile cu o cerere de energie cuprinsă între 1kWh și mulți MWh. Acestea sunt utilizate pentru nivelarea sarcinii rețelei, unde bateria este utilizată pentru a stoca energie la preț redus peste noapte și a o reintroduce în rețea atunci când este mai scumpă, dar și pentru a stoca energie din surse regenerabile, cum ar fi energia solară și eoliană pentru a furniza apoi în perioadele de vârf ale cererii de energie.

Deoarece bateriile cu flux pot fi reîncărcate rapid prin înlocuirea electrolitului, acestea sunt deja utilizate de unii producători pentru utilizarea în vehicule electrice (până în prezent doar Nano Flowcell AG le adoptă) și utilizarea bateriilor cu flux de vanadiu redox pentru nivelarea sarcinii pe rețeaua este promițătoare pentru utilizarea în parcurile eoliene .

Un alt potențial al bateriilor flux este că toate celulele utilizează același electrolit. Prin urmare, electroliții pot fi reîncărcați folosind un anumit număr de celule și descărcați utilizând altul și nu numai prin utilizarea energiei electrice, ci și prin utilizarea directă a semiconductoarelor dispersate în electroliți și capabile să convertească energia radiantă. de radiații vizibile, infraroșii, ultraviolete și ionizante) în energie electrochimică mai întâi și apoi în energie electrică.

Deoarece tensiunea electrică a bateriei este proporțională cu numărul de celule pe care le folosește, poate fi utilizată ca un puternic convertor DC-DC . Mai mult, dacă numărul de celule utilizate variază continuu (atât la intrare cât și / sau la ieșire), conversia energiei electrice poate fi AC / DC, AC / AC sau DC / AC cu frecvența limitată de cea a comutării componente. [13]

Notă

  1. ^ T. Fujii, T. Hirose și N. Kondou, în brevetul JP 55096569 (1979), către Meidensha Electric Mfg. Co. Ltd.
  2. ^ MIT reinventează bateria reîncărcabilă
  3. ^ Sosesc bateriile cu debit solid
  4. ^ (EN) Certificare Nano Flowcell e-sportlimousine pe mediacenter.nanoflowcell.com, 22 iulie 2014. Accesat pe 13 ianuarie 2021 (depus de „url original 25 iulie 2014).
  5. ^ M. Bartolozzi, "Dezvoltarea bateriilor cu flux redox. O bibliografie istorică", J. Power Sources, vol. 27, pp. 219-234, 1989.
  6. ^ LH Cutler, în brevetul SUA 3607420 (1969), către EI du Pont de Nemours and Co.
  7. ^ Y. Shiokawa, H. Yamana și H. Moriyama, „O aplicație a elementelor de actinidă pentru o baterie cu flux redox”, J. Nucl. Sci. Tech., Vol. 37, pp. 253-256, 2000.
  8. ^ W. Borchers, în brevetul SUA 567959 (1894)
  9. ^ W. Nernst, în brevetul DE 264026 (1912)
  10. ^ RM Keefer, în brevetul SUA 3682704 (1970), către Electrocell Ltd.
  11. ^ JT Kummer și D.-G. Oei, „O celulă de combustibil redox regenerabilă chimic”, J. Appl. Electroch., Vol. 12, pp. 87-100, 1982
  12. ^ Bateria cu flux de protoni simplifică energia hidrogenului , la www.gizmag.com . Accesat la 25 octombrie 2015 .
  13. ^ PM Spaziante, K. Kampanatsanyakorn și A. Zocchi, în brevetul WO 03043170 (2001), către Squirrel Holdings Ltd.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh2013000931 · GND (DE) 4480266-3
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Batteria_di_flusso&oldid=118107625 ”