Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Батарея Redox Flow
Типичная проточная батарея состоит из двух резервуаров с жидкостью, которые прокачиваются через мембрану, удерживаемую между двумя электродами. [1]

Батареи потока , или батареи окислительно - восстановительный поток (после восстановления-окисления ), представляет собой тип электрохимической ячейки , где химическая энергия обеспечивается два химических компонентами , растворенных в жидкости, поступающих через систему на отдельных сторонах мембраны. [2] [3] Ионный обмен (сопровождающийся протеканием электрического тока) происходит через мембрану, в то время как обе жидкости циркулируют в своем собственном пространстве. Напряжение элемента химически определяется уравнением Нернста и в практических приложениях находится в диапазоне от 1,0 до 2,43 вольт .

Проточная батарея может использоваться как топливный элемент (где отработанное топливо извлекается, а новое топливо добавляется в систему) или как аккумуляторная батарея (где источник электроэнергии запускает регенерацию топлива). Несмотря на то, что он имеет технические преимущества по сравнению с обычными перезаряжаемыми батареями, такие как потенциально разделяемые резервуары для жидкости и почти неограниченный срок службы, текущие реализации являются сравнительно менее мощными и требуют более сложной электроники.

Энергетическая емкость зависит от объема электролита, а мощность - от площади поверхности электродов .

Принцип строительства [ править ]

Проточная батарея - это перезаряжаемый топливный элемент, в котором электролит, содержащий один или несколько растворенных электроактивных элементов, протекает через электрохимический элемент, который обратимо преобразует химическую энергию непосредственно в электричество . Электроактивные элементы - это «элементы в растворе, которые могут принимать участие в электродной реакции или могут адсорбироваться на электроде». [4] Дополнительный электролит хранится снаружи, обычно в резервуарах, и обычно прокачивается через ячейку (или ячейки) реактора, хотя также известны системы гравитационной подачи. [5]Батареи Flow можно быстро «перезарядить» путем замены жидкого электролита (аналогично заправке топливных баков для двигателей внутреннего сгорания ) с одновременным извлечением отработанного материала для повторной подачи энергии. Во многих проточных батареях используются электроды из углеродного войлока из-за их низкой стоимости и адекватной электропроводности, хотя эти электроды несколько ограничивают мощность заряда / разряда из-за их низкой активности по отношению ко многим окислительно-восстановительным парам. [6] [7]

Другими словами, проточная батарея похожа на электрохимическую ячейку , за исключением того, что ионный раствор ( электролит ) не хранится в ячейке вокруг электродов. [8] Напротив, ионный раствор хранится вне ячейки и может подаваться в ячейку для выработки электричества. Общее количество электроэнергии, которое может быть произведено, зависит от размера резервуаров для хранения.

Батареи Flow регулируются принципами проектирования, установленными электрохимической инженерией . [9]

Типы [ править ]

См. Также: Список типов батарей

Были разработаны различные типы проточных ячеек (батарей) [10], включая окислительно-восстановительные , гибридные и безмембранные. Принципиальное различие между обычными батареями и проточными ячейками состоит в том, что в обычных батареях энергия накапливается в материале электродов , а в проточных ячейках - в электролите .

Редокс [ править ]

Окислительно - восстановительный (снижение окисления) клетка является обратимой ячейкой , в которой электрохимические компоненты растворяют в электролите. Проточные окислительно-восстановительные батареи являются перезаряжаемыми ( вторичные элементы ). [11] Поскольку они используют гетерогенный перенос электронов, а не твердотельную диффузию или интеркаляцию, их более уместно называть топливными элементами, а не батареями. В промышленной практике топливные элементы обычно и без необходимости считаются первичными элементами, такими как H
2/ O
2система. Унифицированные рекуперативные топливные элементы на НАСА «s Helios Прототипе является еще обратимым топливным элементом. В Европейской патентной организации классифицирует окислительно - восстановительный потоком клеток (H01M8 / 18C4) в качестве суб-класса регенеративных топливных элементов (H01M8 / 18). Примерами проточных окислительно-восстановительных батарей являются проточные окислительно-восстановительные батареи ванадия , полисульфидбромидные батареи (Regenesys) и проточные окислительно-восстановительные батареи урана. [12] Редокс-топливные элементы менее распространены на рынке, хотя было предложено много систем. [13] [14] [15] [16]

Ванадиевые батареи Redox Flow являются наиболее продаваемыми в настоящее время проточными батареями из-за ряда преимуществ, которые они предоставляют по сравнению с другими химическими элементами, несмотря на их ограниченную энергию и удельную мощность. Поскольку оба электрода используют ванадий, они не испытывают проблем с перекрестным загрязнением. По той же причине они имеют беспрецедентный срок службы (15 000–20 000 циклов), что, в свою очередь, приводит к рекордно нормированной стоимости энергии (LCOE, то есть стоимость системы, деленная на полезную энергию, срок службы цикла и эффективность приема-передачи). , которые составляют порядка нескольких десятков центов или евро за киловатт-час, что намного ниже, чем у других твердотельных батарей, и не так далеко от целевых показателей в 0,05 доллара и 0,05 евро, заявленных правительственными агентствами США и ЕС. [17]

Прототип цинка - полийодид батареи потока была продемонстрирована с плотностью энергии 167 Вт · ч / л ( ватт-часов на литр ). Старые бромистые цинковые клетки достигают 70 Втч / л. Для сравнения: литий-железо-фосфатные батареизапас 233 Втч / л. Заявляется, что цинк-полийодидная батарея более безопасна, чем другие проточные батареи, учитывая отсутствие кислотных электролитов, негорючесть и рабочий диапазон от -4 до 122 ° F (от -20 до 50 ° C), который не требует обширных схем охлаждения, что могло бы добавить вес и занять место. Одной из нерешенных проблем является накопление цинка на отрицательном электроде, пронизывающем мембрану, что снижает эффективность. Из-за образования дендритов Zn галогенидные батареи Zn не могут работать при высокой плотности тока (> 20 мА / см 2 ) и, таким образом, имеют ограниченную удельную мощность. Добавление спирта в электролит батареи ZnI может немного решить проблему. [18]

Когда аккумулятор полностью разряжен, в обоих резервуарах содержится один и тот же раствор электролита: смесь положительно заряженных ионов цинка ( Zn2+
) и отрицательно заряженный иодид-ион ( I-
). При зарядке один резервуар содержит другой отрицательный ион, полииодид ( I-
3). Батарея вырабатывает энергию, перекачивая жидкость из внешних резервуаров в зону аккумуляторной батареи, где жидкости смешиваются. Внутри пакета ионы цинка проходят через селективную мембрану и превращаются в металлический цинк на отрицательной стороне пакета. [19] Для дальнейшего увеличения плотности энергии проточной батареи с иодидом цинка бромид-ионы ( Br
-) используются в качестве комплексообразователя для стабилизации свободного йода, образуя йод-бромид-ионы ( I
2Br-
) как средство высвобождения иодид-ионов для накопления заряда. [20]

Традиционные проточные аккумуляторные батареи имеют как низкую удельную энергию (что делает их слишком тяжелыми для полностью электрических транспортных средств), так и низкую удельную мощность (что делает их слишком дорогими для стационарного хранения энергии). Однако высокая мощность 1,4 Вт / см 2 была продемонстрирована для проточных водородно-бромных батарей, а высокая удельная энергия (530 Втч / кг на уровне бака) была показана для проточных водородно-броматных батарей [21] [22] [23 ] ]

В одной системе используются органические полимеры и физиологический раствор с целлюлозной мембраной. Прототип выдержал 10000 циклов зарядки, сохранив при этом значительную емкость. Плотность энергии составляла 10 Втч / л. [24] Плотность тока достигла 100 миллиампер / см 2 . [25]

Гибрид [ править ]

В гибридной проточной батарее используется один или несколько электроактивных компонентов, нанесенных в виде твердого слоя. [26] В этом случае электрохимический элемент содержит один электрод батареи и один электрод топливного элемента. Этот тип ограничен по энергии площадью поверхности электрода. Гибридные проточные батареи включают цинк-бромные , цинк-цериевые , [27] свинцово-кислотные , [28] и железно-солевые проточные батареи. Weng et al. [29]сообщили о ванадий-металлогидридной перезаряжаемой гибридной проточной батарее с экспериментальным OCV 1,93 В и рабочим напряжением 1,70 В, очень высокими значениями среди проточных аккумуляторных батарей с водными электролитами. Эта гибридная батарея состоит из положительного электрода из графитового войлока, работающего в смешанном растворе VOSO 4 и H 2 SO 4 , и отрицательного электрода из гидрида металла в водном растворе КОН. Два электролита с разным pH разделены биполярной мембраной. Система продемонстрировала хорошую обратимость и высокую эффективность по кулонам (95%), энергии (84%) и напряжению (88%). Они сообщили о дальнейших улучшениях этой новой окислительно-восстановительной пары с достижениями увеличенной плотности тока, работы большего размера на 100 см 2.электроды, и работа 10 больших ячеек последовательно. Предварительные данные с использованием изменяющейся моделируемой потребляемой мощности проверили жизнеспособность накопителя в киловатт-часах. [30] Недавно была предложена гибридная проточная батарея Mn (VI) / Mn (VII) -Zn с высокой плотностью энергии. [31]

Без мембраны [ править ]

Безмембранная батарея [32] основана на ламинарном потоке, в котором две жидкости прокачиваются через канал, где они подвергаются электрохимическим реакциям для хранения или высвобождения энергии. Растворы проходят параллельно, с небольшим перемешиванием. Поток естественным образом разделяет жидкости, устраняя необходимость в мембране. [33]

Мембраны часто являются наиболее дорогостоящими и наименее надежными компонентами батарей, поскольку они могут подвергаться коррозии при многократном воздействии определенных реагентов. Отсутствие мембраны позволяет использовать жидкий раствор брома и водород: такая комбинация проблематична при использовании мембран, поскольку они образуют бромистоводородную кислоту, которая может разрушить мембрану. Оба материала доступны по невысокой цене. [34]

В конструкции используется небольшой канал между двумя электродами. Жидкий бром течет по каналу над графитовым катодом, а бромистоводородная кислота течет под пористым анодом. В то же время газообразный водород течет через анод. Химическая реакция может быть обращена вспять, чтобы зарядить аккумулятор - впервые для любой безмембранной конструкции. [34] Один из таких батарей membraneless поток опубликован в августе 2013 года произвел максимальную плотность мощности 7950 Вт / м 2 , в три раза больше мощности , что и другие membraneless сигнализация- и на порядок выше , чем литий-ионных батарей. [34]

Недавно была продемонстрирована безмембранная проточная окислительно-восстановительная батарея макромасштабного уровня, способная перезаряжать и рециркулировать одни и те же потоки электролита в течение нескольких циклов. Батарея основана на несмешивающихся жидкостях органического католита и водного анолита, которые демонстрируют высокую сохраняющуюся емкость и кулоновскую эффективность во время езды на велосипеде. [35]

Органический [ править ]

По сравнению с традиционными проточными батареями неорганического окислительно-восстановительного потенциала, такими как проточные батареи окислительно-восстановительного потенциала ванадия и батареи Zn-Br2, которые разрабатывались на протяжении десятилетий, проточные батареи с органическим окислительно-восстановительным потенциалом появились в 2009 году и имеют большие надежды на преодоление основных недостатков, препятствующих экономичному и широкому внедрению традиционных неорганических окислительно-восстановительных систем. проточные батареи. Основное достоинство проточных батарей с органическим окислительно-восстановительным процессом заключается в настраиваемых окислительно-восстановительных свойствах окислительно-восстановительных компонентов.

Проточные батареи с органическим окислительно-восстановительным потенциалом можно разделить на две категории: проточные батареи с водным органическим окислительно-восстановительным потенциалом (AORFB) и неводные проточные батареи с органическим окислительно-восстановительным потенциалом (NAORFB). [36] [37]AORFB используют воду в качестве растворителя для материалов электролитов, в то время как NAORFB используют органические растворители для растворения окислительно-восстановительных активных материалов. В зависимости от использования одного или двух органических окислительно-восстановительных активных электролитов в качестве анода и / или катода, AORFB и NAORFB могут быть далее разделены на общие органические системы и гибридные органические системы, которые используют неорганические материалы для анода или катода. В более крупномасштабных накопителях энергии из-за более низкой стоимости растворителя и более высокой проводимости AORFB имеют больший коммерческий потенциал, чем NAORFB, а также преимущества безопасности электролитов на водной основе по сравнению с неводными электролитами. Преимущество NAORFB заключается в их гораздо большем диапазоне напряжений и способности занимать меньше физического пространства для установленного хранилища. В приведенном ниже содержании перечислены материалы, усовершенствованные для этих систем на органической основе.

Хиноны и их производные являются основой многих органических окислительно-восстановительных систем, в том числе NARFB и AORFB. [38] [39] [40] В одном исследовании 1,2-дигидробензохинон-3,5-дисульфоновая кислота (BQDS) и 1,4-дигидробензохинон-2-сульфоновая кислота (BQS) использовались в качестве катодов, а обычный Pb / PbSO 4 был анолитом в кислотном AORFB. Эти первые AORFB представляют собой гибридные системы, поскольку в них используются органические окислительно-восстановительные материалы только на катодной стороне. Хиноны принимают две единицы электрического заряда по сравнению с одной в обычном католите, что означает, что такая батарея может хранить в два раза больше энергии в данном объеме.

9,10-антрахинон-2,7-дисульфокислота (AQDS), также хинон , была оценена как хорошо. [41] AQDS подвергается быстрому обратимому двухэлектронному / двухпротонному восстановлению на стеклоуглеродном электроде в серной кислоте . Проточная батарея на водной основе с недорогими угольными электродами, сочетающая пару хинон / гидрохинон с Br
2/ Br-
 редокс пара, дает пиковую гальваническую плотность мощности, превышающую 6000 Вт / м 2 при 13 000 А / м 2 . Цикл показывал сохранение> 99% емкости запоминающего устройства за цикл. Объемная плотность энергии превышала 20 Втч / л. [42] Антрахинон-2-сульфоновая кислота и антрахинон-2,6-дисульфоновая кислота на отрицательной стороне и 1,2-дигидробензохинон-3,5-дисульфоновая кислота на положительной стороне позволяет избежать использования опасного Br 2 . Заявлено, что батарея рассчитана на 1000 циклов без разрушения, хотя никаких официальных данных не публиковалось. [43] Несмотря на то, что эта полностью органическая система кажется надежной, она имеет низкое напряжение элемента (около 0,55  В) и низкую плотность энергии (<4  Вт · ч / л).

Бромистоводородная кислота, используемая в качестве электролита, была заменена гораздо менее токсичным щелочным раствором (1  М КОН ) и ферроцианидом . [44] Чем выше pH , тем меньше коррозия, что позволяет использовать недорогие полимерные резервуары. Повышенное электрическое сопротивление в мембране компенсировалось увеличением напряжения. Напряжение на ячейке составляло 1,2  В. [45] [46] КПД ячейки превышал 99%, в то время как КПД в оба конца измерялся 84%. Расчетный срок службы батареи составляет не менее 1000 циклов. Его теоретическая плотность энергии составляла 19  Втч / л. [47] Химическая стабильность ферроцианида в растворе КОН с высоким pH без образования Fe (OH) 2.или Fe (OH) 3 необходимо проверить перед масштабированием.

Другой органический AORFB продемонстрировал метилвиологен в качестве анолита и 4-гидрокси- 2,2,6,6-тетраметилпиперидин- 1-оксил в качестве католита, а также хлорид натрия и недорогую анионообменную мембрану для обеспечения зарядки и разрядки. Эта система MV / TEMPO имеет самое высокое напряжение элемента, 1,25  В, и, возможно, самые низкие капитальные затраты (180 долларов США / кВтч), о которых сообщалось для AORFB. Жидкие электролиты на водной основе были разработаны как незаменимая замена для существующих систем без замены существующей инфраструктуры. Батарея для испытаний на 600 мВт проработала 100 циклов с почти 100-процентной эффективностью при плотностях тока от 20 до 100 мА / см 2 с оптимальной производительностью 40–50 мА, при котором сохранялось около 70% исходного напряжения батареи. [48] [49] Значение исследования заключается в том, что нейтральные AORFB могут быть более экологически безопасными, чем кислотные или щелочные AORFB, при этом демонстрируя электрохимические характеристики, сопоставимые с коррозионными кислотными или щелочными RFB. MV / TEMPO AORFB имеет плотность энергии 8,4  Вт · ч / л с ограничением на стороне TEMPO. Следующим шагом является определение католита высокой емкости, соответствующего MV (  растворимость в воде примерно 3,5 М, 93,8  Ач / л).

Одна концепция проточной батареи основана на окислительно-восстановительно-активных органических полимерах, в которых используются виологен и ТЕМПО с диализными мембранами. В проточной окислительно-восстановительной батарее на полимерной основе (pRFB) используются функционализированные макромолекулы (похожие на акриловое стекло или пенополистирол ), растворенные в воде, в качестве активного материала для анода и катода. Таким образом, исключаются металлы и сильно коррозионные электролиты, такие как соли ванадия в серной кислоте, и могут использоваться простые диализные мембраны. Мембрана, разделяющая катод и анод проточной ячейки, работает как сетчатый фильтр, и ее изготовление намного проще и дешевле, чем обычные ионоселективные мембраны. Он удерживает большие «спагетти-подобные» полимерные молекулы, позволяя проходить мелким противоионам. [50]Эта концепция может решить проблему высокой стоимости традиционной мембраны Nafion, но создание и синтез окислительно-восстановительного активного полимера с высокой растворимостью в воде нетривиально.

Наряду с возможностью настройки окислительно-восстановительных компонентов как основным преимуществом проточных органических окислительно-восстановительных батарей, была разработана идея объединения анолита и католита в одной и той же молекуле. Эти так называемые бифункциональные аналиты [51] или комбинированные молекулы [52] позволяют использовать один и тот же материал в обоих резервуарах, что, безусловно, имеет соответствующие преимущества для характеристик батареи, поскольку снижает эффект кроссовера. [53] Таким образом, диаминоантрахинон [53], также хинон, и молекулы на основе индиго [51] , а также молекулы, сочетающие ТЕМПО / феназин [52] , были представлены в качестве потенциальных электролитов для разработки симметричных проточно-окислительно-восстановительных батарей (SRFB). .

Металлогидрид [ править ]

Протонные батареи (PFB) объединяют электрод-накопитель гидрида металла в топливный элемент с обратимой протонообменной мембраной (PEM) . Во время зарядки PFB объединяет ионы водорода, образующиеся при расщеплении воды с электронами и частицами металла в одном электроде топливного элемента. Энергия хранится в виде твердого гидрида металла. Разряд производит электричество и воду, когда процесс меняется на противоположный, и протоны соединяются с кислородом окружающей среды. Могут использоваться менее дорогие металлы, чем литий, и они обеспечивают большую плотность энергии, чем литиевые элементы. [54] [55]

Металл-Органик [ править ]

В металлоорганических проточных батареях используются органические лиганды для обеспечения более благоприятных свойств окислительно-восстановительно-активным металлам. Лиганды могут быть хелатами, такими как ЭДТА , и могут обеспечивать нейтральный или щелочной рН электролита, условия, при которых в противном случае аквокомплексы металлов осаждались бы. Блокируя координацию воды с металлом, органические лиганды могут также ингибировать катализируемые металлами реакции расщепления воды , что приводит к появлению некоторых из когда-либо зарегистрированных полностью водных систем с самым высоким напряжением. Например, использование хрома, координированного с 1,3-пропандиаминтетраацетатом (PDTA), дало клеточные потенциалы 1,62 В по сравнению с ферроцианидом и рекордные 2,13 В по сравнению с бромом.[56] Металлоорганические проточные батареи иногда называют проточными батареями координационной химии, которые представляют собой технологию, лежащую в основе технологии Gridstar Flow компании Lockheed Martin. [57]

Наносеть [ править ]

Система литий-сера, организованная в сеть из наночастиц, устраняет необходимость в том, чтобы заряд перемещался внутрь и наружу частиц, которые находятся в прямом контакте с проводящей пластиной. Вместо этого сеть наночастиц позволяет электричеству течь по жидкости. Это позволяет извлечь больше энергии. [58]

Другие батареи проточного типа [ править ]

Другие проточные батареи включают гибридную проточную цинк-цериевую батарею , гибридную проточную батарею цинк-бром и водородно-бромную батарею .

Полутвердые [ править ]

Полутвердые проточные батареи [59]

В полутвердой проточной ячейке положительный и отрицательный электроды состоят из частиц, взвешенных в жидкости-носителе. Положительные и отрицательные суспензии хранятся в отдельных резервуарах и перекачиваются по отдельным трубам в стопку соседних реакционных камер, где они разделены барьером, например тонкой пористой мембраной. Подход объединяет базовую структуру водно-проточных батарей, в которых используется электродный материал, взвешенный в жидком электролите, с химией литий-ионных батарей как в безуглеродных суспензиях, так и в суспензиях с проводящей углеродной сеткой. [1] [60] [61] Неуглеродистые полутвердые проточные окислительно-восстановительные батареи также иногда называют твердодисперсными проточными окислительно-восстановительными батареями . [62]Растворение материала значительно меняет его химическое поведение. Однако подвешивание кусочков твердого материала сохраняет характеристики твердого тела. В результате получается вязкая суспензия, которая течет, как патока . [63]

Химия [ править ]

Для проточных батарей был опробован широкий диапазон химикатов. [2]

ПараМаксимум. напряжение ячейки (В)Средняя удельная мощность электрода (Вт / м 2 )Средняя плотность энергии жидкостиЦиклы
Водород - бромат лития1.115 000750  Втч / кг
Водород - хлорат лития1.410 0001400  Втч / кг
Бром - водород1.077 950
Железо - олово0,62<200
Железо - титан0,43<200
Железо- хром1.07<200
Органический (2013)0,813 00021,4  Вт · ч / л10
Органический (2015)1.27,1  Втч / л100
МВ-ТЕМПО1,258,4  Втч / л100
Металлоорганические соединения - ферроцианид [56]1,622000 г.21,7  Вт · ч / л75
Металлоорганические соединения - бром [56]2,13300035  Втч / л10
Ванадий-ванадий (сульфат)1.4~ 80025  Втч / л
Ванадий-ванадий (бромид)50  Втч / л2000 [2]
Полисульфид натрия-брома1,54~ 800
Натрий-калий [64]
Серно-кислородная соль [65]
Цинк-бром1,85~ 100075  Втч / кг> 2000
Свинцово-кислотный (метансульфонат)1,82~ 1000
Цинк-церий (метансульфонат)2,43<1,200–2,500
Zn-Mn (VI) / Mn (VII)1.260  Втч / л [31]

Преимущества [ править ]

Проточные окислительно-восстановительные батареи и, в меньшей степени, проточные гибридные батареи имеют преимущества:

  • гибкая компоновка (за счет разделения силовой и энергетической составляющих)
  • длительный срок службы (поскольку нет фазовых переходов из твердого в твердое )
  • быстрое время отклика
  • нет необходимости в «выравнивающей» зарядке (перезаряд батареи для обеспечения одинакового заряда всех ячеек)
  • никаких вредных выбросов.

Некоторые типы также предлагают простое определение состояния заряда (через зависимость напряжения от заряда), низкие эксплуатационные расходы и устойчивость к перезарядке / переразряду.

Они безопасны, потому что

  • они обычно не содержат легковоспламеняющихся электролитов
  • электролиты можно хранить отдельно от силовой батареи.

Эти технические достоинства делают проточные окислительно-восстановительные батареи подходящим вариантом для крупномасштабного накопления энергии.

Недостатки [ править ]

Два основных недостатка:

  • низкая плотность энергии (вам нужны большие резервуары с электролитом для хранения полезного количества энергии)
  • низкие скорости заряда и разряда (по сравнению с другими промышленными электродными процессами). Это означает, что электроды и мембранные разделители должны быть большими, что увеличивает затраты.

По сравнению с нереверсивными топливными элементами или электролизерами, использующими аналогичный химический состав электролитов, проточные батареи обычно имеют несколько меньшую эффективность.

Приложения [ править ]

Проточные батареи обычно рассматриваются для относительно больших (1 кВтч - 10 МВтч) стационарных приложений. [66] Они предназначены для:

  • Балансировка нагрузки - батарея подключена к электросети для хранения избыточной электроэнергии в непиковые часы и высвобождения электроэнергии в периоды пиковой нагрузки. Общей проблемой, ограничивающей использование большинства химических компонентов проточных батарей в этом приложении, является их низкая поверхностная мощность (рабочая плотность тока), что приводит к высокой стоимости электроэнергии.
  • Хранение энергии из возобновляемых источников, таких как ветер или солнце, для разряда в периоды пикового спроса. [67]
  • Пиковое бритье, когда всплески спроса удовлетворяются за счет батареи. [68]
  • ИБП , в котором батарея используется, если основное питание не обеспечивает бесперебойное питание.
  • Преобразование мощности - потому что все элементы используют один и тот же электролит (ы). Следовательно, электролит (ы) можно заряжать, используя определенное количество ячеек, и разряжать, используя другое количество. Поскольку напряжение батареи пропорционально количеству используемых ячеек, батарея может действовать как очень мощный преобразователь постоянного тока в постоянный . Кроме того, если количество ячеек постоянно изменяется (на входной и / или выходной стороне), преобразование энергии также может быть переменным / постоянным, переменным / переменным или постоянным током переменного тока с частотой, ограниченной частотой переключателя. [69]
  • Электромобили. Поскольку проточные батареи можно быстро «перезарядить» путем замены электролита, их можно использовать в тех случаях, когда транспортному средству необходимо потреблять энергию так же быстро, как и транспортному средству с двигателем внутреннего сгорания. [70] [71] Общей проблемой, обнаруживаемой с большинством химикатов RFB в электромобилях, является их низкая плотность энергии, которая приводит к короткому диапазону движения. Заметным исключением являются проточные батареи на основе хорошо растворимых галатов. [72]
  • Автономная система электроснабжения. Примером этого являются базовые станции сотовой связи, где отсутствует электросеть. Батарею можно использовать вместе с солнечными или ветровыми источниками энергии, чтобы компенсировать колебания уровня их мощности, и вместе с генератором, чтобы максимально эффективно использовать его для экономии топлива. [73] [74] В настоящее время проточные батареи используются в солнечных микросетях по всему Карибскому региону. [ необходима цитата ]

См. Также [ править ]

  • Глоссарий терминов топливных элементов
  • Водородные технологии
  • Редокс-электрод

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (12 мая 2017 г.). «Обзорная статья: проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Bibcode : 2017JVSTB..35d0801Q . DOI : 10.1116 / 1.4983210 . ISSN  2166-2746 .
  2. ^ a b c Бадвал, Сухвиндер PS; Giddey, Sarbjit S .; Маннингс, Кристофер; Бхатт, Ананд I .; Холленкамп, Энтони Ф. (24 сентября 2014 г.). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии» . Границы химии . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh .... 2 ... 79B . DOI : 10.3389 / fchem.2014.00079 . PMC 4174133 . PMID 25309898 .  
  3. ^ Alotto, P .; Guarnieri, M .; Моро, Ф. (2014). «Батареи Redox Flow для хранения возобновляемой энергии: обзор». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики . 29 : 325–335. DOI : 10.1016 / j.rser.2013.08.001 .
  4. ^ Science-Dictionary.org. « Электроактивное вещество, архивировано 27 августа 2013 года в Wayback Machine », 14 мая 2013 года.
  5. ↑ T. Fujii, T. Hirose и N. Kondou, в патенте JP 55096569  (1979), выданном Meidensha Electric Mfg. Co. Ltd.
  6. ^ Аарон, Дуглас (2013). «Исследования кинетики in situ в проточных батареях с окислительно-восстановительным потенциалом ванадия». Письма по электрохимии ECS . 2 (3): A29 – A31. DOI : 10.1149 / 2.001303eel .
  7. ^ МакКрири, Ричард Л. (июль 2008 г.). «Углеродные электродные материалы для молекулярной электрохимии». Химические обзоры . 108 (7): 2646–2687. DOI : 10.1021 / cr068076m . ISSN 0009-2665 . PMID 18557655 .  
  8. ^ «Исследователи значительно снижают стоимость проточных батарей с окислительно-восстановительным потенциалом [25 долларов за кВт / ч]» . TechReportСтатьи . 29 января 2021 г.
  9. ^ Арены, LF; Понсе де Леон, С .; Уолш, ФК (июнь 2017 г.). «Технические аспекты проектирования, строительства и производительности модульных проточных окислительно-восстановительных батарей для хранения энергии» (PDF) . Журнал хранения энергии . 11 : 119–153. DOI : 10.1016 / j.est.2017.02.007 .
  10. ^ Ноак, Дж .; Рознятовская, Н .; Herr, T .; Фишер, П. (2015). «Химия проточных окислительно-восстановительных батарей». Энгью. Chem. Int. Эд . 54 (34): 9776–9809. DOI : 10.1002 / anie.201410823 . PMID 26119683 . 
  11. ^ Linden, D .; Редди, ТБ (2002). Справочник по батареям (ред.). Макгроу-Хилл.
  12. ^ Shiokawa, Y .; Yamana, H .; Морияма, Х. (2000). «Применение актинидных элементов в проточной окислительно-восстановительной батарее». Журнал ядерной науки и технологий . 37 (3): 253–256. DOI : 10.1080 / 18811248.2000.9714891 . S2CID 97891309 . 
  13. ^ W. Borchers, в патенте США 567959  (1894)
  14. ^ W. Nernst, в патенте DE 264026  (1912)
  15. ^ RM Keefer, в патенте США 3682704  (1970), Electrocell Ltd.
  16. ^ Куммер, JT; Оэй, Д. -Г. (1985). «Химически регенерирующий окислительно-восстановительный топливный элемент. II». Журнал прикладной электрохимии . 15 (4): 619–629. DOI : 10.1007 / BF01059304 . S2CID 96195780 . 
  17. ^ Spagnuolo, G .; Петроне, Г .; Mattavelli, P .; Гварньери, М. (2016). «Проточные ванадиевые окислительно-восстановительные батареи: возможности и проблемы новой технологии хранения». Журнал IEEE Industrial Electronics Magazine . 10 (4): 20–31. DOI : 10.1109 / MIE.2016.2611760 . hdl : 11577/3217695 . S2CID 28206437 . 
  18. ^ Borghino, Dario (27 февраля 2015 п). «Высокопроизводительная проточная батарея может соперничать с ионно-литиевыми батареями в электромобилях и энергосистемах». Гизмаг. Проверить значения даты в: |date=( помощь )
  19. ↑ Уайт, Фрэнсис (25 февраля 2015 г.). «Новая проточная батарея, чтобы большие города оставались освещенными, зелеными и безопасными» . НИОКР.
  20. ^ Вэн, Го-Мин (2017). «Раскрытие емкости йодида для проточных батарей цинка / полииодида и лития / полииодида с высокой плотностью энергии». Энергетика и экология . 10 (3): 735–741. DOI : 10.1039 / C6EE03554J .
  21. ^ Чо, Кю Тхэк; Такер, Майкл С .; Дин, Маркус; Риджуэй, Пол; Battaglia, Vincent S .; Шринивасан, Венкат; Вебер, Адам З. (2015). «Циклический анализ производительности водородно-бромных аккумуляторных батарей для хранения энергии в энергосистеме». ChemPlusChem . 80 (2): 402–411. DOI : 10.1002 / cplu.201402043 .
  22. ^ Yu; Толмачев, В. (2013). «Водородно-галогенные электрохимические ячейки: обзор приложений и технологий». Российский журнал электрохимии . 50 (4): 301–316. DOI : 10.1134 / S1023193513120069 . S2CID 97464125 . 
  23. ^ Толмачев, Юрий В. (2015). «Энергетический цикл, основанный на батарее с водным потоком с высокой удельной энергией, и его потенциальное использование для полностью электрических транспортных средств и для прямого преобразования солнечной энергии в химическую». Журнал электрохимии твердого тела . 19 (9): 2711–2722. DOI : 10.1007 / s10008-015-2805-z . S2CID 97853351 . 
  24. ^ «Химики представляют инновационную батарею с окислительно-восстановительным потоком на основе органических полимеров и воды» . Phys.org . Phys.org. 21 октября 2015 . Проверено 6 декабря 2015 .
  25. ^ Яношка, Тобиас; Мартин, Норберт; Мартин, Удо; Friebe, Christian; Моргенштерн, Сабина; Хиллер, Ханнес; Hager, Martin D .; Шуберт, Ульрих С. ​​(2015). «Проточная окислительно-восстановительная батарея на полимерной основе с использованием неагрессивных, безопасных и недорогих материалов». Природа . 527 (7576): 78–81. Bibcode : 2015Natur.527 ... 78J . DOI : 10.1038 / nature15746 . PMID 26503039 . S2CID 4393601 .  
  26. ^ Bartolozzi, М. (1989). «Разработка проточных окислительно-восстановительных батарей. Историческая библиография». Журнал источников энергии . 27 (3): 219–234. Bibcode : 1989JPS .... 27..219B . DOI : 10.1016 / 0378-7753 (89) 80037-0 .
  27. ^ Leung, PK; Понсе-Де-Леон, С .; Низкий, CTJ; Шах, АА; Уолш, ФК (2011). «Характеристика проточной цинк-цериевой батареи». Журнал источников энергии . 196 (11): 5174–5185. Bibcode : 2011JPS ... 196.5174L . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2011.01.095 .
  28. ^ Кришна, М .; Fraser, EJ; Завещания, RGA; Уолш, ФК (1 февраля 2018 г.). «Развитие растворимых свинцовых батарей и остающиеся проблемы: иллюстрированный обзор» . Журнал хранения энергии . 15 : 69–90. DOI : 10.1016 / j.est.2017.10.020 . ISSN 2352-152X . 
  29. ^ J. Electrochem. Soc. 2013 том 160, выпуск 9, A1384-A1389
  30. ^ J. Electrochem. Soc. 2016 том 163, выпуск 1, A5180-A5187
  31. ^ a b Колли, Алехандро Н .; Пельо, Пекка; Жиро, Юбер Х. (2016). «Редокс-пара с высокой плотностью энергии MnO4- / MnO42- для щелочных проточных окислительно-восстановительных батарей» (PDF) . Химические коммуникации . 52 (97): 14039–14042. DOI : 10.1039 / C6CC08070G . PMID 27853767 .  
  32. ^ Bamgbopa, Musbaudeen O .; Альмхейри, Саиф; Солнце, Хонг (2017). «Перспективы недавно разработанных конструкций безмембранных элементов для проточных окислительно-восстановительных батарей». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 70 : 506–518. DOI : 10.1016 / j.rser.2016.11.234 . ISSN 1364-0321 . 
  33. ^ Брафф, Уильям А .; Базант, Мартин З .; Буйе, Каллен Р. (2013). «Новая проточная аккумуляторная батарея обеспечивает более дешевое и крупномасштабное хранение энергии» . Nature Communications . 4 : 2346. arXiv : 1404.0917 . Bibcode : 2013NatCo ... 4.2346B . DOI : 10.1038 / ncomms3346 . PMID 23949161 . S2CID 14719469 . Проверено 20 августа 2013 года .  
  34. ^ a b c Брафф, Вашингтон; Базант, МЗ; Буйе, CR (2013). «Безмембранная водородно-бромная проточная батарея». Nature Communications . 4 : 2346. arXiv : 1404.0917 . Bibcode : 2013NatCo ... 4.2346B . DOI : 10.1038 / ncomms3346 . PMID 23949161 . S2CID 14719469 .  
  35. ^ Bamgbopa, Musbaudeen O .; Шао-Хорн, Ян ; Хашаике, Раед; Альмхейри, Саиф (2018). «Циклические безмембранные проточные окислительно-восстановительные батареи на основе несмешивающихся жидких электролитов: демонстрация окислительно-восстановительной химии, полностью состоящей из железа». Electrochimica Acta . 267 : 41–50. DOI : 10.1016 / j.electacta.2018.02.063 . ISSN 0013-4686 . 
  36. ^ Брушетт, Фикиле; Воги, Джон; Янсен, Эндрю (2012). «Полностью органическая неводная литий-ионная проточная батарея с окислительно-восстановительным потенциалом». Современные функциональные материалы . 2 (11): 1390–1396. DOI : 10.1002 / aenm.201200322 .
  37. ^ Bamgbopa, Musbaudeen O .; Шао-Хорн, Ян ; Альмхейри, Саиф (2017). «Потенциал неводных проточных окислительно-восстановительных батарей в качестве быстро заряжаемых решений для хранения энергии: демонстрация химии ацетилацетоната железа и хрома». Журнал Материалы ХИМИИ . 5 (26): 13457–13468. DOI : 10.1039 / c7ta02022h . ISSN 2050-7488 . 
  38. ^ Гонг, K; Клык, Q; Гу, S; Ли, ВСЮ; Ян, Y (2015). «Неводные проточные окислительно-восстановительные батареи: органические растворители, поддерживающие электролиты и окислительно-восстановительные пары» . Энергетика и экология . 8 (12): 3515–3530. DOI : 10.1039 / C5EE02341F .
  39. ^ Xu, Y .; Wen, Y .; Cheng, J .; Yanga, Y .; Xie, Z .; Цао, Г. На Всемирной конференции по ветроэнергетике и энергии, не подключенной к сетям, 2009 г. WNWEC 2009 IEEE: Нанкин, Китай, 2009 г., стр. 1.
  40. ^ Сюй, Ян; Вэнь, Юэ-Хуа; Ченг, Цзе; Цао, Гао-Пин; Ян, Ю-Шэн (2010). «Исследование тайрона в водных растворах для применения в проточных окислительно-восстановительных батареях». Electrochimica Acta . 55 (3): 715–720. DOI : 10.1016 / j.electacta.2009.09.031 . ISSN 0013-4686 . 
  41. ^ ВАЛЬД, МЭТТЬЮ Л. (8 января 2014). «Из Гарварда, более дешевая аккумуляторная батарея» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 10 января 2014 .
  42. ^ «Гарвардская команда демонстрирует новую безметалловую органически-неорганическую водную проточную батарею; потенциальный прорыв для недорогого хранения в масштабе сети» . 11 января 2014 г.
  43. ^ Szondy, Давид (29 июня 2014). «Новая органическая батарея на водной основе - дешевая, перезаряжаемая и экологичная» . Гизмаг.
  44. ^ «Аккумулятор для питания дома от солнечных панелей на крыше» .
  45. ^ Мэтью Гюнтер, ChemistryWorld. «Батарея потока может сгладить нерегулярную подачу энергии ветра и солнца» . Scientific American .
  46. ^ Щелочная батарея хинона потока Lin et al. Наука 2015 349 (6255), стр. 1529
  47. ^ Borghino, Dario (30 сентября 2015). «Более экологичные и безопасные аккумуляторные батареи могут дешево хранить возобновляемую энергию» . www.gizmag.com . Проверено 8 декабря 2015 года .
  48. Рианна Мосс, Ричард (22 декабря 2015 г.). «По прогнозам, новая проточная батарея будет стоить на 60% меньше, чем существующая стандартная» . www.gizmag.com . Проверено 23 декабря 2015 года .
  49. ^ Лю, Тяньбяо; Вэй, Сяолян; Не, Зимин; Спренкль, Винсент; Ван, Вэй (1 ноября 2015 г.). «Батарея полностью органического водного окислительно-восстановительного потока с использованием недорогого и устойчивого метилвиологен анолита и 4-HO-TEMPO католита». Современные энергетические материалы . 6 (3): 1501449. DOI : 10.1002 / aenm.201501449 . ISSN 1614-6840 . 
  50. ^ Яношка, Тобиас; Мартин, Норберт; Мартин, Удо; Friebe, Christian; Моргенштерн, Сабина; Хиллер, Ханнес; Hager, Martin D .; Шуберт, Ульрих С. ​​(2015). «Проточная окислительно-восстановительная батарея на полимерной основе с использованием неагрессивных, безопасных и недорогих материалов». Природа . 527 (7576): 78–81. Bibcode : 2015Natur.527 ... 78J . DOI : 10.1038 / nature15746 . PMID 26503039 . S2CID 4393601 .  
  51. ^ a b Карретеро-Гонсалес, Хавьер; Кастильо-Мартинес, Элизабет; Арман, Мишель (2016). «Высоко растворимые в воде органические красители с тремя редокс-состояниями как бифункциональные аналиты». Энергетика и экология . 9 (11): 3521–3530. DOI : 10.1039 / C6EE01883A . ISSN 1754-5692 . 
  52. ^ a b Винсберг, Ян; Штольце, Кристиан; Мюнх, Саймон; Лидл, Ференц; Hager, Martin D .; Шуберт, Ульрих С. ​​(11 ноября 2016 г.). «Комбинированная молекула ТЕМПО / феназина: окислительно-восстановительный материал для симметричных водных окислительно-восстановительных батарей». ACS Energy Letters . 1 (5): 976–980. DOI : 10.1021 / acsenergylett.6b00413 . ISSN 2380-8195 . 
  53. ^ a b Potash, Ребекка А .; МакКоун, Джеймс Р .; Конте, Шон; Абрунья, Эктор Д. (2016). «О преимуществах симметричной проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала». Журнал Электрохимического общества . 163 (3): A338 – A344. DOI : 10.1149 / 2.0971602jes . ISSN 0013-4651 . ОСТИ 1370440 .  
  54. ^ "Протонная батарея упрощает водородную энергию" . Gizmag.com . Проверено 13 февраля 2014 .
  55. ^ Эндрюс, Дж .; Сейф Мохаммади, С. (2014). «На пути к« протонной батарее »: исследование реверсивного топливного элемента PEM со встроенным металлогидридным накопителем водорода». Международный журнал водородной энергетики . 39 (4): 1740–1751. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2013.11.010 .
  56. ^ a b c Робб, Брайан Х .; Фаррелл, Джейсон М .; Маршак, Майкл П. (2019). «Хелатный хромовый электролит, позволяющий использовать высоковольтные водные проточные батареи» . Джоуль . 3 (10): 2503–2512. DOI : 10.1016 / j.joule.2019.07.002 .
  57. ^ «Хранение энергии: GridStar Flow» . Локхид Мартин . Проверено 27 июля 2020 .
  58. ^ Кевин Bullis (24 апреля 2014). «Сети наночастиц обещают более дешевые батареи для хранения возобновляемой энергии» . Обзор технологий Массачусетского технологического института . Проверено 24 сентября 2014 года .
  59. ^ Ци, Чжаосян; Кениг, Гэри М. (2017). «Обзорная статья: проточные аккумуляторные системы с твердыми электроактивными материалами» . Журнал вакуумной науки и технологий B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Bibcode : 2017JVSTB..35d0801Q . DOI : 10.1116 / 1.4983210 . ISSN 2166-2746 . 
  60. ^ Duduta Михай (май 2011). «Полутвердый литиевый перезаряжаемый проточный аккумулятор». Современные энергетические материалы . 1 (4): 511–516. DOI : 10.1002 / aenm.201100152 .
  61. ^ Ци, Чжаосян; Кениг-младший, Гэри М. (15 августа 2016 г.). «Безуглеродная литий-ионная твердая окислительно-восстановительная пара с низкой вязкостью для проточных окислительно-восстановительных батарей» . Журнал источников энергии . 323 : 97–106. Bibcode : 2016JPS ... 323 ... 97Q . DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2016.05.033 .
  62. ^ Ци, Чжаосян; Лю, Аарон Л .; Кениг-младший, Гэри М. (20 февраля 2017 г.). «Характеристики безуглеродных твердодисперсных окислительно-восстановительных пар LiCoO2 и электрохимическая оценка для всех твердодисперсных проточных окислительно-восстановительных батарей». Electrochimica Acta . 228 : 91–99. DOI : 10.1016 / j.electacta.2017.01.061 .
  63. ↑ Чендлер, Дэвид Л. (23 августа 2011 г.). «Плывите по течению - Cambridge Crude» . Обзор технологий .
  64. ^ [1]
  65. ^ Ли, Чжэн; Сэм Пан, Menghsuan; Су, Лян; Цай, Пинг-Чун; Бадель, Андрес Ф .; Валле, Джозеф М .; Эйлер, Стефани Л .; Сян, Кай; Brushett, Fikile R .; Чан, Йет-Мин (11 октября 2017 г.). «Батарея с воздушным дыханием на водной основе для сверхнизкого заряда и длительного хранения электроэнергии» . Джоуль . 1 (2): 306–327. DOI : 10.1016 / j.joule.2017.08.007 .
  66. ^ Сервис, РФ (2 ноября 2018 г.). «Достижения в области проточных батарей обещают дешевое резервное питание». Наука . 362 (6414): 508–509. Bibcode : 2018Sci ... 362..508S . DOI : 10.1126 / science.362.6414.508 . PMID 30385552 . 
  67. ^ REDT Energy. «Хранение возобновляемой энергии» . Архивировано из оригинала на 1 февраля 2014 года . Проверено 27 января 2014 года .
  68. ^ [2] Архивировано 9 февраля 2010 года в Wayback Machine.
  69. ^ PM Spaziante, K. Kampanatsanyakorn и A. Zocchi, в патенте WO 03043170  (2001), Squirrel Holdings Ltd.
  70. ^ «Система заправки электромобилей (EVRS), используемая в сочетании с технологией Vanadium Redox Flow» . REDT Energy Storage .
  71. ^ Энтони Ингрэм. «Электронный лимузин Quant e-Limo ​​с двигателем nanoFLOWCELL одобрен для дорожных испытаний в Германии» . Fox News .
  72. ^ Толмачев, Юрий В .; Пятковский, Андрей; Рыжов, Виктор В .; Конев, Дмитрий В .; Воротынцев, Михаил Александрович (2015). «Энергетический цикл, основанный на батарее с водным потоком с высокой удельной энергией, и его потенциальное использование для полностью электрических транспортных средств и для прямого преобразования солнечной энергии в химическую». Журнал электрохимии твердого тела . 19 (9): 2711–2722. DOI : 10.1007 / s10008-015-2805-z . S2CID 97853351 . 
  73. ^ Обсуждение Джон Дэвис энергии Deeya об использовании их поток батареи в отрасли ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ на YouTube
  74. ^ Тестирование производительности цинк-бромных проточных батарей для удаленных телекоммуникационных узлов

Внешние ссылки [ править ]

  • Электропедия о проточных батареях
  • Исследование проточной батареи окислительно-восстановительного потенциала урана
  • Как работают Flow батарейки на YouTube
  • Проект проточной батареи в Южной Австралии