Водородно-бромная батарея - Hydrogen-bromine battery

Батареи водород-бром является перезаряжаемой батареи потока , в котором бромистый водород (HBr) служит в качестве системы электролита . Во время цикла зарядки, когда энергия поступает в батарею, H 2 генерируется и хранится в отдельном резервуаре. Дополнительным продуктом химической реакции является HBr 3 , который также является электролитом и смешивается в том же резервуаре, что и HBr. Во время цикла разряда H 2 потребляется и вырабатывается энергия. H 2 снова объединяется с HBr 3, и система возвращается к своей начальной стадии с полным баком HBr. Электролит не подвергается деградации во время процесса, и система является автономной без выбросов.

Первая увеличенная версия этой батареи, система 50 кВт / 100 кВтч, была развернута в промышленном парке Rotem в Израиле. Бета-версия коммерческой системы мощностью 150/900 кВт / ч должна быть развернута в июне 2016 года консорциумом, включающим AREVA , Schneider Electric и EnStorage.

Главное достоинство аккумулятора - его стоимость. Бром стоит недорого: во всем мире ежегодно производится более 400 000 тонн. Стоимость электролита около 20 долларов / кВтч. Дополнительные преимущества включают использование недорогих мембран и высокую удельную мощность по сравнению с другими проточными батареями.

Другой подход к батарее основан на ламинарном потоке для разделения двух материалов вместо мембраны, реагирующей на жидкий бром с газообразным водородом для выработки электричества. Первая такая батарея перекачивала бром через графитовый катод и бромистоводородную кислоту под пористым анодом вместе с газообразным водородом. Устройство работало при комнатной температуре с максимальной удельной мощностью 0,795 Вт на кубический сантиметр. Наблюдаемые характеристики соответствовали предсказаниям математической модели, описывающей химические реакции. Никакая безмембранная система не была расширена, в основном из-за баланса вопросов сложности установки.

Осуществляется финансируемый Европейским союзом проект, который включает установку водородно-бромных батарей в кластере островов Хиннёйа . Проект, запущенный в 2019 году, представляет собой систему возобновляемой энергетики с несколькими источниками. Срок сдачи - 2021 год.

Бром относительно недорог: в США ежегодно производится более 243 000 тонн брома. Работа без мембраны снижает стоимость и увеличивает срок службы батареи.

Приложения

Проточные окислительно-восстановительные батареи HBr оптимальны для приложений, требующих ежедневных циклов разряда в течение длительных периодов разряда (например, 6–12 часов в день) для относительно длительного использования (например, 10–20 лет). Типичные приложения включают интеграцию возобновляемых источников энергии, отсрочку инвестиций в инфраструктуру, управление пиковыми нагрузками и микросети.

В частности, для возобновляемых источников энергии требуются недорогие накопители энергии, чтобы обеспечить возможность использования возобновляемых источников энергии с переменной и даже прерывистой производительностью, таких как солнечная и ветровая энергия . Хранилище буферизует изменяющуюся мощность возобновляемого источника, что позволяет считать такие источники базовой мощностью. К недостаткам проточной батареи H2-Br2 можно отнести невысокую удельную энергию (меньшую, чем у литий-ионных батарей) и сложную сбалансированность установки. Эти недостатки не позволяют использовать проточные батареи H2-Br2 на транспорте. Следующим этапом развития проточной водородно-бромной батареи является проточная водородно-броматная батарея.

«Оценка производительности регенеративного водородно-бромного топливного элемента», Хейли Кройцер, Венката Ярлагадда и Трунг Ван Нгуен, J. Electrochem. Soc. 2012 том 159, выпуск 7, F331-F337

Преимущества

Для производства проточной окислительно-восстановительной батареи HBr не используются редкие металлы, такие как литий и кобальт .

использованная литература

  • 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 .
  • Моди, Сайрус CM (2016). «Малоизвестная история злоключения Джека Килби в солнечной энергии». IEEE Spectrum . 53 (10): 50–55. DOI : 10.1109 / MSPEC.2016.7572539 .
  • https://www.elestor.nl/projects/