سایناکو | تولید کننده و وارد کننده باتری و یوپیاس
S-2031 : سیر تا پیاز کارکرد باتری جریان
From A to Z of Reduction-Oxidation Flow
باتری جریان (Flow battery) نوعی سلول الکتروشیمیایی است که کاربردهای متفاوتی در صنعت دارد. در این مطلب، راجع به عملکرد، هزینه و موارد استفاده این نوع باتری می‌خوانیم. پس با ما همراه باشید.
باتری جریان چیست
باتری جریان ، یک وسیله ذخیره الکتریکی است که پیوند بین باتری معمولی و پیل سوختی است. در این نوع باتری‌ها، الکترولیت مایع و نمک‌های فلزی از طریق هسته‌ای که از یک الکترود مثبت و منفی تشکیل شده است، توسط یک غشا جدا می‌شود. تبادل یونی که بین کاتد و آند رخ می‌دهد الکتریسیته تولید می‌کند.
اختراع باتری جریان
اولین حق ثبت اختراع باتری جریان تیتانیوم کلرید در ژوئیه 1954 اعطا شد. باتری اکسیداسیون وانادیوم امروزی در سال 1986 توسط دانشگاه نیو ساوت ولز در استرالیا ثبت شد. واژه “اکسیداسیون” از “انتقال الکترون”، کاهش و اکسیداسیون ناشی می‌شود.
مواد موجود در باتری جریان
بیشتر باتری‌های جریان تجاری، از گوگرد اسیدی همراه با نمک وانادیوم به عنوان الکترولیت استفاده می‌کنند. الکترودها از صفحات دو قطبی گرافیتی ساخته شده‌اند. وانادیوم یکی از معدود مواد فعال موجود است که خوردگی را تحت کنترل نگه می‌دارد. باتری جریان حاوی فلزات گرانبها مانند پلاتین، که در سلول‌های سوختی نیز استفاده می‌شود، آزمایش شده است. تحقیقات برای یافتن موادی با هزینه کم و دسترسی راحت، ادامه دارد.
عملکرد باتری جریان
باتری های جریان فعال شده توسط پمپ‌ها، در اندازه بالای 20 کیلووات ساعت بهترین عملکرد را دارند. گفته می‌شود که آن‌ها بیش از 10،000 چرخه کامل را ارائه می‌دهند و برای حدود 20 سال خوب هستند. هر سلول 1.15تا 1.55 ولت انرژی تولید می‌کند. برای دستیابی به سطوح ولتاژ مورد نظر، به صورت سری به یکدیگر متصل می‌شوند. انرژی باتری حدود 40Wh/kg است که شبیه لید-اسید است. در باتری جریان ، مشابه پیل سوختی، چگالی قدرت و سرعت بالا آمدن، متوسط است. این باعث می‌شود که باتری جریان ، برای ذخیره انبوه انرژی مناسب باشد. در مقابل، برای موتورهای برقی و تراز کردن بار که نیاز به اقدام سریع دارد، کمتر استفاده می‌شود.
الکترولیت در مخازن ذخیره می‌شود. برای افزایش چگالی انرژی، اندازه مخازن را می‌توان با استفاده از مخازن ذخیره‌سازی آماده با افزایش هزینه تخمینی تنها 50 درصد در مقایسه با سیستم جدید دو برابر کرد. هنگام تعویض باتری، الکترولیت می‌تواند مجدداً مورد استفاده قرار گیرد و در هزینه بیشتر صرفه جویی شود. نواحی مشکل‌دار غشاهایی هستند که تمایل به خوردگی دارند و گران هستند. گفته می‌شود مواد افزودنی این مشکل را حل می‌کند. شکل ۱مفهوم این نوع باتری را نشان می‌دهد.
شکل ۱ – باتری جریان
الکترولیت در مخازن ذخیره می‌شود و از طریق هسته برای تولید برق، پمپ می‌شود. فرآیند شارژ معکوس است. حجم الکترولیت بر ظرفیت باتری تأثیر می‌گذارد.
هزینه باتری جریان
وانادیوم بیست و سومین عنصر جدول تناوبی است و در چین، روسیه و آفریقای جنوبی استخراج می‌شود. در حال حاضر 90 درصد وانادیوم درجه پایین، به عنوان افزودنی برای تقویت فولاد استفاده می‌شود. دانشمندان باتری، شرکت‌های معدنی و سیاستمداران از تبدیل شدن وانادیوم به یک فلز استراتژیک برای “انرژی سبز” هیجان زده هستند. با توجه به RWTH ، آخن (Aachen) ، آلمان (2018)، هزینه باتری جریان حدود 350 دلار در هر کیلووات ساعت است.
برای برآورد دقیق‌تر هزینه، باتری جریان با هزینه برق و هزینه انرژی برآورد می‌شود. هزینه برق می‌تواند از 1500 دلار در کیلو وات فراتر رود و شامل قطعات، پمپ‌ها، لوله‌ها و لوازم الکترونیکی قدرت است. هزینه انرژی متشکل از مخازن و الکترولیت کمی بیش از 300 دلار در کیلووات ساعت است.
پیشنهاد : بررسی ساختار باتری های پرکاربرد
موارد استفاده از باتری جریان
این باتری ها، در مقیاس بزرگ بیش از 100 کیلووات ساعت، از سال 1996 در ژاپن مورد استفاده قرار هستند. برخی از بزرگترین تاسیسات کنونی دارای توان چندین مگاوات هستند و یک باتری جریان برای تنظیم فرکانس در ژاپن نصب می‌شود که 60 مگاوات ساعت قوی را می‌رساند.
به طور کلی حرکت به سمت کاهش هزینه و اندازه وجود دارد. به این صورت که به جای ساختن یک باتری هیولایی شبیه به یک گیاه شیمیایی، سیستم‌های جدیدتر در اندازه معمولاً 250 کیلووات ساعت عرضه می‌شوند. این سیستم‌ها می توانند روی هم چیده شوند. نوع مدرن این باتری‌ها، در اروپا نیز رایج شده‌اند.
نتیجه گیری
در این مقاله، باتری جریان و عملکرد و کاربرد آن را به طور کامل بررسی کردیم. کاربران گرامی، شما می‌توانید مطالب تکمیلی مد نظر خود را در مورد باتری جریان ، از قسمت نظرات، با ما به اشتراک بگذارید.
منابع :
