Nové redox prietokové batérie sa stávajú prvýkrát ziskovými
Vďaka svojej krátkej životnosti sú lítium-iónové batérie vhodné na dočasné uskladnenie elektriny iba čiastočne - výskumníci spoločnosti Fraunhofer teraz po prvýkrát vyvinuli nové typy redoxných batérií, ktoré sú ziskové.
Množstvo elektriny vyrobenej z obnoviteľných energií veľmi kolíše, a preto je potrebné elektrickú energiu dočasne uskladniť, kým ju nebude potrebné. Vysokovýkonné batériové systémy sú potrebné aj pre moderné technológie, ako je elektromobilita: Napríklad elektrická sieť nie je navrhnutá pre rýchle nabíjacie stanice s výkonom 350 kW. Elektrická sieť navyše nie je k dispozícii všade, kde by rýchlonabíjacie stanice mali zmysel.
Lítium-iónové batérie sú pre takéto použitie vhodné len v obmedzenej miere: Stabilita ich cyklu nie je dostatočná - ak by sa nabíjali a vybíjali dvakrát alebo trikrát denne, rozbili by sa po dvoch až troch rokoch. Batérie Redox Flow sú na druhej strane odlišné: Ponúkajú vysokú stabilitu cyklu a sú tiež nehorľavé, recyklovateľné a ich kapacita a výkon sa dajú ľahko prispôsobiť. Sú preto obzvlášť vhodné pre aplikácie, v ktorých je batéria veľmi používaná. Doteraz však boli jednoducho príliš drahé.
Prietokové batérie Redox sú v rovnakej cenovej kategórii ako lítium-iónové batérie
Vedcom z Fraunhoferovho inštitútu pre environmentálnu, bezpečnostnú a energetickú technológiu „Umsicht“ sa teraz podarilo výrazne znížiť náklady na batérie. Aby sme pochopili, ako vedci optimalizovali redox prietokové batérie, je najskôr potrebné pozrieť sa na štruktúru týchto batérií. Pozostávajú zo zhlukov - zhlukov buniek, ktoré premieňajú uskladnenú elektrinu na chemickú energiu, a elektrolytickej tekutiny, ktorá túto chemickú energiu uchováva. Stohy sú primárne zodpovedné za vysoké náklady na batérie. Inovatívne redox flow batérie sú vyrábané a predávané spoločnosťou Fraunhofer spin-off Volterion.
„Dokázali sme znížiť váhu stohov na desať percent a tým pádom aj výrazne znížiť ich náklady,“ vysvetľuje Dr. Thorsten Seipp, bývalý vedec spoločnosti Fraunhofer Umsicht a teraz výkonný riaditeľ spoločnosti Volterion. „Zatiaľ čo bežné stohy musia mať na každú bunku často hrúbku osem až desať milimetrov, vystačíme si s hrúbkou stohu od dvoch do troch milimetrov.“ Kvôli tejto úspore materiálu sú nové redoxné batérie v rovnakom cenovom rozpätí ako lítium-iónové batérie, ale vydržia viac ako dvakrát tak dlho. To znamená: Prvýkrát budete ziskoví pre množstvo aplikácií.
Vývoj materiálu umožňuje lepšie batérie
Hlavným lákadlom bol vývoj materiálu. Stohy sa zvyčajne skladajú zo zmesi grafit-plast. V dôsledku spracovania však materiály strácajú svoje polymérne vlastnosti. Inými slovami: dlhé polymérové reťazce sú zničené, materiál stráca svoju pružnosť a časť svojej stability. Navyše nemôže byť zváraný, ale musí byť opatrený tesniacimi krúžkami a zaskrutkovaný.
„Materiál a výrobný proces sme prispôsobili tak, aby si zachovali vlastnosti polyméru. To znamená: Materiál zostáva stabilný a pružný, takže ho možno vyrobiť podstatne tenšie a zväzky zväzkov zvariť k sebe. Tesniace krúžky, ktoré sa rýchlo opotrebujú, sú zbytočné, “vysvetľuje Seipp. Toto robí zásobníky nielen nákladovo efektívnejšie, ale aj podstatne robustnejšie.
Aplikácie pre redox prietokové batérie
Nové redox flow batérie sa používajú okrem iného v čistiarni odpadových vôd. Elektrická energia sa tam vyrába z metánu a v budúcnosti budú k výrobe energie prispievať aj fotovoltaické systémy. Batéria s výkonom 100 kW má kompenzovať dva druhy výkyvov: generovanie energie a spotreba energie. Týmto spôsobom by mala čistiareň odpadových vôd v budúcnosti pokrývať všetky svoje energetické potreby.
Redoxný prietokový akumulátor je tiež často vhodný pre skenery MRI v nemocniciach. „Každý prístroj s magnetickou rezonanciou má výkon 200 kW - ak majú súčasne bežať tri alebo štyri prístroje, linka je rýchlo preťažená. Pokladanie nového elektrického vedenia je však mimoriadne drahé pri cene 80 000 eur na kilometer. Redoxný prietokový akumulátor je tu dobrou alternatívou, “hovorí Seipp. Prístroje na magnetickú rezonanciu pracujú každý niekoľko minút, počas tejto doby spotrebujú veľa elektriny a potom sa až do ďalšieho vyšetrenia opäť vypnú. Batéria každý deň prechádza mnohými cyklami nabíjania a vybíjania. „Naše batérie sú na to vyrobené - rovnako ako pre iné aplikácie, ktoré vyžadujú veľa krátkodobej energie, ktorú sieť nedokáže spoľahlivo dodať,“ sumarizuje Seipp.
Vedci z Fraunhofer Umsicht v súčasnosti spolupracujú so svojimi kolegami z Volterionu na ďalšom znižovaní nákladov na batérie. Chcú tiež zväčšiť rozsah aplikácií: batérie sú v súčasnosti navrhnuté na výkon 100 až 300 kW, v budúcnosti by mali byť použiteľné aj v rozsahu megawattov.
Článok sa prvýkrát objavil na portáli našej sesterskej elektrotechniky značky.
Ako vyzerá ideálna batéria? Prehľad súčasného vývoja
Prelom vo výskume batérií
Vedci vyvíjajú najefektívnejšiu lítium-sírovú batériu na svete