Проточните батерии са вид технология за акумулаторни батерии, предназначени да съхраняват енергия в течна форма, което ги прави интересна алтернатива на по-традиционните типове батерии като литиево-йонни. За разлика от конвенционалните батерии, които съхраняват енергия в твърди електроди, проточните батерии съхраняват енергия в два електролитни разтвора, които протичат през купчина клетки.
Основни характеристики на проточните батерии:
-
Съхранение на енергия в течности: Основната отличителна черта на проточните батерии е използването на течни електролити за съхраняване и освобождаване на енергия. Това позволява по-голям капацитет за съхранение на енергия в сравнение с традиционните твърдотелни батерии.
-
скалируемост: Техният енергиен капацитет може да се регулира чрез увеличаване на размера на резервоарите за електролит, което ги прави подходящи както за малка жилищна употреба, така и за широкомащабни системи за съхранение на енергия (като например за слънчева и вятърна енергия).
-
По-дълъг живот: Проточните батерии обикновено имат по-дълъг живот от много конвенционални батерии, тъй като техните електроди не са обект на същите процеси на разграждане. Това ги прави особено привлекателни за решения за дългосрочно съхранение на енергия.
-
Бързо зареждане и разреждане: Проточните батерии могат да се зареждат и разреждат бързо, което ги прави идеални за приложения, които изискват бързо освобождаване на енергия, като балансиране на търсенето на мрежата или интегриране на възобновяеми енергийни източници.
-
Ефективност: Въпреки че като цяло е по-малко ефективен от литиево-йонни батерии (поради загуби на енергия в процеса на потока), поточните батерии все още могат да постигнат ефективност в диапазона от 60-80% в зависимост от дизайна и използваните материали.
Как работят проточните батерии
Проточната батерия работи като презареждаема система за съхранение на енергия, която съхранява електричество в течна форма. Представете си го като система помпа и пръскане, но вместо вода използва специални течности, които носят енергия. Ето как работи с прости думи:
-
Две течности (електролити): Проточната батерия има два резервоара с течност. Всяка течност съдържа химикали, които могат да съхраняват енергия. Едната течност има положителни йони („положителната страна“), а другата има отрицателни йони („отрицателната страна“). Тези течности протичат през специална част от батерията, наречена клетъчен стек.
-
Течащи течности през клетъчния стек: Течностите се изпомпват през поредица от клетки в купчината клетки. Докато текат през тях, те преминават през електроди (мислете за тях като за специални плочи, които помагат на енергията да се движи). Когато батерията е зареждане, енергията от външен източник (като слънчеви панели или мрежа) се премества в течностите и химичните реакции съхраняват тази енергия.
-
Съхраняване на енергия: Положителната течност получава енергия, съхранявана в своите химични връзки, а отрицателната течност прави същото по свой начин. Тези съхранени химикали са това, което държи енергията.
-
Разреждане на батерията: Когато трябва да използвате съхранената енергия, например за захранване на къща или машина, течностите се изпомпват отново през стека на клетките. Този път съхранената енергия се освобождава чрез химичните реакции и тази енергия се изпраща като електричество.
-
Голямото предимство: Тъй като енергията се съхранява в течности, а не в твърди материали, можете да направите резервоарите за съхранение по-големи, за да задържат повече енергия. Ето защо проточните батерии са чудесни за съхранение на енергия в голям мащаб, като например съхраняване на излишната слънчева енергия за по-късна употреба.
И така, накратко: поточните батерии съхраняват енергия в течна форма, като използват помпи за преместване на течностите през система, където енергията се зарежда и разрежда. Това е като високотехнологична водна помпена система, но за електричество!
Видове проточни батерии
Проточните батерии могат да бъдат класифицирани в различни типове въз основа на химията и конфигурацията на техните електролити. Най-често срещаните видове поточни батерии са:
Ванадиева редокс поточна батерия (VRFB)
Батерията Vanadium Redox Flow Battery използва ванадиеви йони както в положителните, така и в отрицателните електролити, което намалява проблемите, свързани с кръстосано замърсяване на електролитите. Този дизайн позволява на батерията да има по-дълъг цикъл на живот и по-добра ефективност.-
Предимства:
- Дълъг живот на цикъла (до 20,000 XNUMX цикъла или повече).
- Стабилен и безопасен, без риск от образуване на дендрити.
- Може да мащабира капацитета независимо от мощността чрез увеличаване на размера на резервоарите за електролит.
-
Недостатъци:
- По-висока първоначална цена.
- Изисква по-сложни системи и инфраструктура.
Изцяло ванадиева проточна батерия
Това е вид VRFB, при който както положителните, така и отрицателните електролити използват ванадий. Той избягва проблеми, които могат да възникнат при други типове, като например замърсяване с електролит.-
Предимства:
- По-дълъг експлоатационен живот.
- По-добра производителност при съхранение в голям мащаб.
- Ниска поддръжка.
-
Недостатъци:
- Все още е сравнително скъп в сравнение с други видове батерии.
- Тежък и изисква голямо пространство за съхранение.
Цинк-бромна проточна батерия
В този тип проточна батерия положителният електролит съдържа бром, а отрицателният електролит съдържа цинк. Енергията се съхранява от електрохимичните реакции на цинкови и бромни йони в двата разтвора.-
Предимства:
- По-достъпни от проточните батерии на базата на ванадий.
- Висока енергийна плътност.
- По-лесен за производство и мащабиране за големи приложения.
-
Недостатъци:
- По-кратък жизнен цикъл в сравнение с проточните батерии на базата на ванадий.
- Изисква внимателно боравене с бром поради неговата токсичност и корозивност.
Желязо-хромова проточна батерия
Тази система използва желязо за отрицателен електролит и хром за положителен електролит. Електрохимичните реакции на йони на желязо и хром позволяват на батерията да съхранява енергия.-
Предимства:
- Евтини материали в сравнение с други поточни батерии.
- Добра скалируемост за широкомащабни приложения за съхранение на енергия.
-
Недостатъци:
- По-ниска ефективност в сравнение с други поточни батерии.
- По-кратък цикъл на живот и проблеми със стабилността.
Полисулфидно-бромна (PSB) проточна батерия
Този тип използва полисулфид и бром като основни електролитни компоненти. Полисулфидно-бромните батерии могат да съхраняват повече енергия на единица обем от много други поточни батерии.-
Предимства:
- Висока енергийна плътност.
- Потенциал за по-ниски разходи в сравнение с проточни батерии на базата на ванадий.
-
Недостатъци:
- Живот и ефективност с ограничен цикъл.
- Токсичността на брома поставя предизвикателства за безопасността.
Изцяло ванадиева проточна батерия (AVFB)
Подгрупа от ванадиеви батерии, AVFB използва ванадий както за положителните, така и за отрицателните електролити. Този дизайн позволява по-добра ефективност и по-дълъг живот, с малък риск от замърсяване с електролит.-
Предимства:
- Дълъг жизнен цикъл.
- Висока ефективност.
- Безопасен, стабилен и надежден.
-
Недостатъци:
- Висока първоначална цена.
- Комплексни изисквания за проектиране и инфраструктура.
Батерии с органичен поток
Тези батерии използват органични съединения (като хинони) в електролитните разтвори. Батериите с органичен поток са по-нова технология, насочена към подобряване на устойчивостта и рентабилността.-
Предимства:
- Потенциал за по-евтино производство и екологично чисти материали.
- Потенциално може да постигне висока ефективност и дълъг живот на цикъла.
-
Недостатъци:
- Все още в етапи на проучване и развитие, с по-малко доказана надеждност в сравнение с други видове поточни батерии.
- Ограничена търговска наличност.
Проточна батерия от ванадиева сплав
Това е разновидност на ванадиево-редукционната проточна батерия, където електролитът съдържа смес от ванадий и други метали, с цел подобряване на производителността на батерията.-
Предимства:
- Подобрена ефективност на зареждане-разреждане.
- По-добри експлоатационни характеристики.
-
Недостатъци:
- Висока производствена цена поради използването на редки метали.
Приложения на проточни батерии
Мрежово съхранение на енергия
- Интеграция на възобновяема енергия: Проточните батерии се използват в мрежови приложения за съхраняване на енергия, генерирана от възобновяеми източници като слънце и вятър. Те помагат да се балансира периодичният характер на тези източници на енергия, като съхраняват излишната енергия по време на периоди на високо производство и я разреждат, когато производството е ниско.
- Стабилизация на мрежата: Те могат да осигурят стабилизиране на мрежата чрез изглаждане на колебанията в напрежението и честотата, осигурявайки стабилно захранване. Това е особено важно за мрежи с високо навлизане на променливи възобновяеми енергийни източници.
Микромрежи и системи извън мрежата
- Отдалечени и изолирани райони: Поточните батерии са идеално решение за микромрежи в отдалечени или извън мрежата райони, където традиционните опции за съхранение на енергия може да не са толкова ефективни. Тези системи често разчитат на възобновяеми енергийни източници като слънчева или вятърна енергия и изискват надеждно съхранение на енергия за постоянно захранване.
- Енергийна независимост: При сценарии извън мрежата проточните батерии могат да осигурят непрекъснато захранване дори когато не се генерира възобновяема енергия, като през нощта или облачни дни.
Станции за зареждане на електрически превозни средства (EV).
- Инфраструктура за бързо зареждане: Проточните батерии могат да се използват в станции за зареждане на електрически превозни средства за съхраняване на енергия и осигуряване на бързо и надеждно захранване, когато е необходимо, намалявайки зависимостта от захранването от мрежата и гарантирайки, че станциите за зареждане могат да работят по време на пиково търсене.
- Възобновяема интеграция: Чрез свързване на поточни батерии с възобновяеми енергийни източници, станциите за зареждане на EV могат да работят устойчиво, без да разчитат на енергия, базирана на изкопаеми горива.
Индустриално и търговско съхранение на енергия
- Пиково бръснене: Търговските и промишлени съоръжения с високи енергийни изисквания могат да използват поточни батерии, за да намалят разходите за електроенергия, като съхраняват енергия в извънпиковите часове и я разреждат в пиковите часове на търсене, когато цените на електроенергията са по-високи.
- Резервно захранване: Проточните батерии могат да служат като резервни захранващи системи за критични промишлени процеси и операции, осигурявайки непрекъснато електрозахранване по време на прекъсвания на мрежата или спирания на тока.
Съхранение на енергия в мащаб на полезност
- Дългосрочно съхранение: Проточните батерии се отличават с осигуряването на дълготрайно съхранение на енергия, което ги прави идеални за приложения в мащаб на комунални услуги, където енергията трябва да се съхранява за продължителни периоди, понякога до няколко дни. Това ги прави особено ценни за управление на сезонните несъответствия между доставките и търсенето на енергия.
- Балансиране на мрежата: Те могат също да бъдат използвани за управление на колебанията в мрежата и гарантиране, че общото предлагане и търсене остават балансирани, особено в райони, които разчитат на възобновяеми енергийни източници, които имат различни производствени нива.
Заключение
Проточните батерии са обещаваща и нововъзникваща технология за съхранение на енергия, която може да допринесе за по-зелено и по-чисто бъдеще.
В сравнение с литиево-йонните батерии, проточните батерии обикновено имат по-висока първоначална цена и са по-големи по размер, което прави поточните батерии не толкова широко използвани в жилищни приложения, колкото литиево-йонните батерии. Ако искате да го приложите за домашно съхранение на енергия, литиевите батерии имат повече предимства. Шийлдън може да ви предостави серия от продукти за домашно съхранение на енергия. Можете да ! за да получите безплатни решения за съхранение на енергия.
