GRATIS verzending in Nederland
10.000+ tevreden klanten
100% Tevredenheidsgarantie
Snelle klantenservice
Veilig betalen

De Nr. 1 zonnepaneelreiniger!

Was zum Teufel sind Flow-Batterien?


Ingenieurs hebben verschillende manieren bedacht om de schone energie die we creëren in batterijen op te slaan. Hoewel de batterij-industrie voor hernieuwbare energie nog in de kinderschoenen staat, zijn er enkele populaire technologieën voor energieopslagsystemen die gebruik maken van combinaties van loodzuur en lithium-ion (Li-ion) met hoog vermogen die de markt hebben geleid tot adoptie.

Toch hebben die bovengenoemde batterijtypes tekortkomingen. Ze hebben allebei een relatief korte levensduur en het wordt niet aanbevolen om volledig te worden ontladen voordat ze opnieuw moeten worden opgeladen. Batterij-geeks verwijzen naar de laatste functie als een ondiepe "ontladingsdiepte".

Flow-batterijen zijn een nieuwkomer op de markt voor batterijopslag, gericht op grootschalige toepassingen voor energieopslag. Deze opslagtechnologie is al tientallen jaren in onderzoek en ontwikkeling, maar begint nu in de praktijk te worden gebruikt.

Flow-batterijtechnologie valt op door zijn unieke ontwerp. In plaats van een enkele omhulde batterijcel waar elektrolyt zich gemakkelijk vermengt met geleiders, wordt de vloeistof gescheiden in twee tanks en stromen elektronen door elektrochemische cellen en een membraan dat ze scheidt.

In dit artikel gaan we dieper in op hoe ze werken, vergelijken we de voordelen van stroombatterijen versus goedkope lithium-ionbatterijen, bespreken we enkele mogelijke toepassingen en bieden we een vooruitzicht voor de industrie voor hun uitgebreide gebruik.

Wat zijn flowbatterijen en hoe werken ze?

Het belangrijkste verschil tussen stroombatterijen en andere oplaadbare batterijtypes is dat de waterige elektrolytoplossing die gewoonlijk in andere batterijen wordt aangetroffen, niet wordt opgeslagen in de cellen rond de positieve elektrode en de negatieve elektrode. In plaats daarvan worden de actieve materialen opgeslagen in externe tanks en naar een stroomcelmembraan en powerstack gepompt. Hoe groter de opslagtanks, hoe meer elektriciteit kan worden opgewekt.

Stroombronnen, zoals een fotovoltaïsche array of banken van windturbines, laden elektronen op in de elektrolytoplossing in de positieve anoliettank die op de anode is aangesloten via een proces dat "oxidatie" wordt genoemd.

De geladen elektronen worden vervolgens in de katholyttank geduwd die aan de kathode is vastgemaakt via een proces dat "reductie" wordt genoemd. Ionenuitwisseling vindt plaats in halve cellen die het beschermende membraan tussen de tanks insluiten.

Wanneer de batterij wordt ingeschakeld, stromen de elektronen met behulp van een pomp terug in de eerste tank door een geleidend microporeus polymeermembraan dat een elektrische stroom opwekt.

Vanadium in opkomst als elektrolyt bij uitstek voor flowbatterijen

Er zijn verschillende soorten flowbatterijen, van polysulfide redox, hybride tot organisch, evenals een lange lijst van elektrochemische reactiekoppelingen (inclusief zink-broom en ijzer-chroom), hoewel geen enkele de prestatie, efficiëntie of kostenniveaus die nodig zijn voor grootschalige adoptie - tot nu toe.

De meeste in de handel verkrijgbare stroombatterijen gebruiken een vanadium-vloeibaar elektrolyt, een materiaal dat voornamelijk in Rusland wordt aangetroffen.

Het bijzondere aan vanadium, afgezien van zijn Russische afkomst, is zijn vermogen om te werken als een soort elektrochemische energiekapstok. Net zoals een kapstok bestand is tegen eeuwenlange jassen die aan zijn sporten zijn toegevoegd en verwijderd, kunnen elektronen schijnbaar voor altijd worden toegevoegd en verwijderd uit vanadium zonder dat het materiaal degradeert door laad-ontlaadcycli.

Het ionenuitwisselingsproces van het toevoegen en verwijderen van elektronen van een enkel element zoals vanadium is heel anders dan chemische energiereacties die de materialen in andere batterijceltypen in de loop van de tijd kunnen afbreken.

Wanneer vanadium wordt gebruikt als het primaire ingrediënt in een flowbatterij, wordt de levensduur van het systeem aanzienlijk verbeterd ten opzichte van lithium-ionbatterijen. Hoewel een stroombatterij in theorie oneindig lang mee kan gaan, lijkt de praktische levensduur meer op 30 jaar, aangezien pompen en grafietopslagtanks na die periode mogelijk moeten worden gereviseerd.

Sommige stroombatterijreeksen op grid-schaal zijn zo groot als magazijnen die megawattuur (mwh) elektriciteit kunnen opslaan.

In de bovenstaande afbeelding experimenteert een Brits nutsbedrijf bijvoorbeeld met het gebruik van een multi-megawatt stroombatterijbank als buffer tussen hun stroomvoorziening en hun elektrische distributie-infrastructuur. Invinity, de producent van flowbatterijen voor dit project, hoopt dat grootschalige installaties zoals deze de komende jaren vaker voorkomen.

Toekomstige toepassingen voor flowbatterijen

Gereedschap

Zowel elektriciteitsnetbeheerders als nutsbedrijven hebben kennis genomen van de belofte van flowbatterijen om langdurige betrouwbaarheid en veel meer dagelijkse gebruiksuren te bieden dan andere batterijopslagopties, zoals lithium-ion- of loodzuurbatterijen.

Flow-batterijen kunnen tot 10 uur achter elkaar ontladen, terwijl de meeste andere commerciële batterijtypen zijn ontworpen om één of twee uur per keer te ontladen.

De rol van stroombatterijen in nutstoepassingen wordt meestal voorzien als buffer tussen de beschikbare energie van het elektriciteitsnet en de moeilijk te voorspellen elektriciteitsvraag. In de zomer kan er bijvoorbeeld op sommige dagen veel stroom worden opgewekt uit schone bronnen zoals zonnepanelen op het dak, en met name minder op bewolkte dagen. Als het buiten warm is, komt er meer vraag naar airconditioning.

Omdat een stroombatterij bijna een halve dag een betrouwbare hoeveelheid elektriciteit kan opslaan en ontladen, biedt het nutsbedrijven een manier om overproductie te voorkomen en een manier om de stress van te veel energie op de netwerkinfrastructuur te verlichten.

Microgrids

Microgrids zijn kleinere versies van een elektriciteitsnet en kunnen op elk moment onafhankelijk van het elektriciteitsnet werken.

Microgrid-stroomvoorzieningen kunnen afkomstig zijn van kleinschalige hernieuwbare bronnen, zoals verzamelingen zonnepanelen verspreid over een dorp en verschillende windturbines. Ze hebben verschillende sterke voordelen, waaronder:

  • Gemeenschappelijke stroomvoorziening naar kritieke voorzieningen, zoals medische centra tijdens stroomuitval
  • Energieonafhankelijkheid voor de gemeenschap
  • Milieubeheer als gevolg van het gebruik van schone energie
  • Hoewel ze meestal werden gezien als een soort hippie-socialistische droom die een geïdealiseerd gemeenschappelijk bestaan ​​weerspiegelt, winnen ze aan populariteit en zijn ze de laatste tijd op meer gebieden ingezet.


Flow-batterijen zouden goed in de microgrid-architectuur kunnen passen om dezelfde redenen waarom nutsbedrijven ze willen gebruiken. Ze gaan lang mee en kunnen in de behoeften van de gemeenschap voorzien wanneer netstroom duur is of het microgrid niet in staat is om zelf genoeg energie te produceren.

Elektrische voertuigen (EV's)

Omdat stroomaccu's snel kunnen worden "opgeladen" door de elektrolytvloeistof te vervangen, zijn ze zeer zinvol voor de toekomst van brandstof voor elektrische voertuigen.

De verbruikte elektrolyt zou in theorie gemakkelijk kunnen worden afgetapt en vervangen bij een tankstation. Dat zou zeker een snellere oplossing zijn dan tot 20 minuten moeten wachten terwijl je EV langzaam elektronen terug naar zijn lithium-ioncellen slurpt.

Stroomstroombatterijen hebben echter een lage energiedichtheid. Dat betekent dat de driving range erg kort zou zijn. Er zijn enkele elektrochemische onderzoekers die het gebruik van zouten met een hoge oplosbaarheid in de elektrolytoplossing onderzoeken om het bereik te vergroten, maar de toepassing van stroombatterijen in EV's lijkt voorlopig wishful thinking te zijn.

Flow-batterijen versus lithium-ionbatterijen

Er zijn enkele belangrijke verschillen waarmee rekening moet worden gehouden bij het vergelijken van stroombatterijen met de toonaangevende batterijtechnologieën zoals lithium-ionbatterijen:

Veiligheid

Flow-batterijsystemen zijn redelijk veilig omdat ze geen ontvlambare elektrolyten bevatten.

De vanadiumvloeistof die het meest in de tanks wordt gebruikt, is weliswaar zeldzaam en duur, maar ook milieuvriendelijk. Omdat de tanks verder van het geleidende celmembraan en de powerstack kunnen worden geplaatst, zijn ze nog veiliger.

Winnaar: Flow-batterijen

Levensduur

Als je elke dag Li-ion-batterijen gebruikt, kun je verwachten dat ze ongeveer 8 jaar meegaan, terwijl vanadiumstroombatterijen tot 30 jaar meegaan. Dat komt vooral omdat er geen fase-naar-fase chemische reacties nodig zijn in flowbatterijen.

Elektronen kunnen worden toegevoegd aan en verwijderd uit de vanadiumelektrolyt zonder dat het materiaal afbreekt. Dit leidt tot een hypothetisch onbeperkte levensduur van de batterij.

Winnaar: Flow-batterijen

Voetafdruk

Zoals eerder vermeld, zijn stroombatterijsystemen zwaar en vereisen ze omvangrijke elektrolytopslagtanks. Die opslagcapaciteit neemt veel ruimte in beslag.

Lithium-ionbatterijen zijn lichter en draagbaarder.

Winnaar: lithium-ionbatterijen

Kosten

Omdat flowbatterijen relatief lage laad- en ontlaadsnelheden hebben, moeten hun elektroden en membraanscheiders een behoorlijk groot oppervlak hebben. Dat leidt tot hogere kosten.

Bovendien hebben stroombatterijen meer pompen, leidingen en onderhoud nodig dan lithium-ionen.

Ten slotte hebben stroombatterijen de industriële rijping van lithium-ion niet bereikt. Dientengevolge worden er met deze technologie geen schaalvoordelen bereikt die het voordeel van lagere prijzen met zich mee zouden brengen.


Heeft u al zonnepanelen?

Testimonials HTML