Поточные Редокс-аккумуляторные накопители энергии большой мощности и ёмкости

Поточные Редокс-аккумуляторные накопители энергии

Еще несколько лет назад в мире аккумуляторов проблем с хранением энергии не наблюдалось: мобильные телефоны необходимо было заряжать только один раз в неделю, для плееров достаточно было приобрести недорогие «мизинчиковые» батарейки, а мощных электромобилей для массового рынка вообще не существовало. Однако, вместе с появлением новых объектов инфраструктуры, мобильных устройств, электромобилей, развитием промышленного и гражданского секторов ситуация с распределением электроэнергии и требуемой мощностью сети - меняется. Сегодня владельцы мощных смартфонов радуются, если заряда аккумулятора хватило на сутки. А предел мечтаний о запасе хода электромобиля — чтобы он находился на уровне аналогичной машины с бензиновым двигателем. Между тем производители уже практически исчерпали все возможности для совершенствования аккумуляторов. Сегодня развитие мобильных устройств продвигается семимильными шагами, а технологии разработки элементов питания просто не поспевают за ними. Более того, потребление электроэнергии в мире постоянно растёт. И в городах оно может достигать максимальных значений а пиковые часы. Одним из решений этих проблем может послужить поточные редокс-аккумуляторные накопители энергии, которые и будут детально рассмотрены далее.

Ванадиевая редокс-батарея - тип перезаряжаемой проточной батареи, которая использует ионы

ванадия в различных степенях окисления для хранения химической потенциальной энергии.

Настоящая конструкция (с серной кислотой в качестве электролита) была запатентована

Университетом Нового Южного Уэльса в Австралии в 1986 г. Ранее в июле 1954 был

зарегистрирован и вручен доктору Вальтеру Кангро германский патент на хлорид титановую

проточную батарею, но наибольший вклад в развитие таких батарей внесли исследователи

NASA в 1970-х.

Хотя использование ванадия в батареях было предложено ранее Писсортом, исследователями

из NASA, Пеллегри и Спазиантом в 1978 г, первая известная удачная демонстрация и

коммерческое развитие полностью ванадиевой редокс-потоковой батареи, в которой

используется ванадий в растворе серной кислоты, была проведена Марией Скиллас-Казакос и

ее сотрудниками в Университете Нового Южного Уэльса в Австралии в 1980-х.

Ключевые достоинства

- надёжны, долговечны и ориентированы на промышленное использование;

- могут достичь практически неограниченной мощности при использовании все больших и

больших емкостей для хранения;

- простота перезарядки;

- очень быстро реагируют на изменение нагрузки и не боятся перегрузок, допуская в течение 10

секунд превышение номинального тока более чем четыре раза;

- идеально подходят для установки в источники бесперебойного питания и могут

использоваться в ветровой и солнечной энергетике;

- «запас прочности» по цене – стоимость таких батарей примерно в два раза ниже литий-

ионных;

- Специфическая энергия 36-72 Дж/г;

- Энергетическая плотность 54-65 кДж/л;

- Зарядная/разрядная эффективность 75- 80%;

- Долговечность (по времени) более 20 лет;

- Долговечность (по циклам) > 10000 циклов.

Недостатки

- Сложность самой системы по сравнению с обычными батареями;

- Сильная зависимость от окружающей температуры ;

- Меньшая плотность хранения энергии (если на каждый килограмм литий- ионного

аккумулятора приходится от 80 до 200 Вт*ч, то в редокс-аккумуляторе только 35 Вт*ч;

- Большие размеры аккумуляторной станции по сравнению с Литий-ионной.

Применение Ванадий поточных Батарей (VFB)

Растущие объемы выработки энергии, в том числе солнечной и ветровой, нужно хранить для использовании ночью или в штиль. Одним из решений является поточный редокс-аккумулятор,

который может поставлять электричество тысячам домов. Долгосрочная цель заключается в создании систем размером 40 на 20 метров с выходной мощностью 20МВт, которая смогла бы

обеспечить энергией примерно 1300 домохозяйств долгой зимней ночью.

Поточные редокс-аккумуляторы представляют интерес для применения в автомобилестроении. Автомобиль, оснащенный таким источником энергии, можно было бы заряжать в течение пяти-

десяти минут. Ячейка поточного редокс-аккумулятора имеет два резервуара с жидким электролитом, который можно заряжать или откачивать на заправочной станции, при этом

побочных продуктов не возникает.