Litowe baterie przepływowe

Baterie przepływowe stają się coraz popularniejsze ze względu na niższe ceny komponentów niż w przypadku baterii litowo-jonowych oraz łatwość skalowania pod względem mocy i energii. Przeszkodą w ich szerszym stosowaniu jest jednak stosunkowo niska gęstość energii, jaką można z nich uzyskać. Rozwiązaniem może okazać się połączenie zalet baterii przepływowej oraz baterii litowo-jonowej w postaci litowej baterii przepływowej. W tym artykule przedstawimy rozwijane obecnie typy litowych baterii przepływowych.

Baterie litowo-polisiarczkowe

Klasyczne baterie przepływowe wykorzystują dwie ciecze, które przy przepływie przez ogniwo elektrochemiczne muszą być oddzielone przepuszczającą jony membraną. To wiąże się z wysokimi kosztami zarówno wytworzenia, jak i późniejszej konserwacji membrany. Używane ciecze również charakteryzują się wysokimi cenami ze względu na zawartość rzadkich substancji, takich jak wanad. Zastosowanie jako ich alternatywę litowych baterii przepływowych może rozwiązać ten problem.

Akumulator przepływowy wykorzystujący polisiarczek litu został opracowany przez naukowców z uniwersytetu Stanford oraz SLAC National Accelerator Laboratory. Opiera on swoje działanie na przepływie tylko jednej cieczy. Jego anoda wykonana jest z litu w stanie stałym i oddzielona od katody warstwą ochronną zamiast membrany. Zarówno to, jak i wykorzystanie w baterii stosunkowo tanich substancji – siarki i litu – pozwala na ograniczenie kosztów. Przepływ cząstek odbywa się w rozpuszczalniku organicznym, który, w przeciwieństwie do wody, nie powoduje korozji. Testy laboratoryjne wykazały, że układ jest zdolny do wykonania ponad 2000 cykli pracy (ładowania i rozładowania) bez utraty pojemności. Wymienione cechy oraz łatwa skalowalność tej litowej baterii przepływowej pozwalają sądzić, że będzie ona mogła współpracować z systemem elektroenergetycznym jako magazyn energii np. z OZE, przyczyniając się do transformacji energetycznej.

LiFePO4

Litowe baterie przepływowe wykorzystujące fosforan litowo-żelazowy (LiFePO4, w skrócie LFP) zachowują ogólną budowę typowych baterii przepływowych. Ciecze, między którymi zachodzi reakcja, przechowywane są w dwóch zewnętrznych zbiornikach. W celu umożliwienia zajścia reakcji między nimi, pompuje się je przez ogniwo z półprzepuszczalną membraną. Wyróżniają się jednak zastosowaniem stałych materiałów elektrodowych, często wykorzystywanych w bateriach litowo-jonowych – LiFePO4 jako katoda oraz TiO2 (dwutlenek tytanu) jako anoda. Do transportu jonów między elektrodami służą ciecze nazywane mediatorami. Porowata struktura katody i anody umożliwia przepływ cieczy, którego rezultatem jest pobranie przez nią elektronów i jonów litu. Te następnie transportowane są do ogniwa.

Zastosowanie litu umożliwiło zwiększenie gęstości energii baterii dziesięciokrotnie w porównaniu z wanadowymi akumulatorami przepływowymi. Jednak pojawiła się nowa trudność w postaci doboru materiału membrany. Do tej pory istniał wybór między efektywnie przewodzącym jony litu, ale bardzo kruchym, oraz wytrzymałym, ale mniej skutecznym. Naukowcy z National University of Singapore stworzyli rozwiązanie tego problemu. Wzbogacili konwencjonalnie stosowany materiał Nafion w dodatkowy polimer, który umożliwił łatwiejsze przenikanie jonów litu. Innym, do tej pory nierozwiązanym problemem jest gęstość mocy, jaką można uzyskać z baterii – 10 000 razy mniejsza niż w przypadku konwencjonalnych baterii przepływowych. Naukowcy, którzy stworzyli baterię, wierzą jednak, że w przyszłości będą w stanie poprawić ją w taki sposób, by mogła służyć do magazynowania energii ze źródeł odnawialnych.

Baterie litowo-jodowe

Wciąż powstają nowe typy hybrydowych baterii przepływowych wykorzystujących lit do uzyskania większych gęstości mocy i energii. Należy do nich m. in. przepływowa bateria litowo-jodowa, która zawdzięcza swoją wysoką gęstość energii rozpuszczalności jodku litu w roztworze wodnym. Bateria ta charakteryzuje się również dużą gęstością mocy i sprawnością oraz znacząco nie traci pojemności wraz z kolejnymi cyklami pracy. Badania wykazują, że ma ona potencjał na tanie i ekologiczne wykorzystanie w zastosowaniach wymagających dużej gęstości energii i długiego cyklu życia ogniw.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE