Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Услуги электрика | Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику | Электротехническая продукция

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки » Проточные аккумуляторы - устройство, принцип работы, перспективы использования
23 февраля 2021
Количество просмотров: 11840
Комментарии к статье: 5


Проточные аккумуляторы - устройство, принцип работы, перспективы использования


Проточные аккумуляторы — аккумуляторы нового типа, представляющие собой накопители электрической энергии, отличающиеся по конструкции от традиционных аккумуляторов. В проточном аккумуляторе жидкий электролит прокачивается через ядро при помощи насосов.

Принципиально электролит такой батареи представляет собой раствор металлических солей, способный переносить положительный и отрицательный заряды. В процессе прокачки электролита через разделенный мембраной резервуар, положительный и отрицательный электрод обеспечивают ионный обмен с электролитом и генерацию электричества в ходе окислительно-восстановительных реакций.

В качестве электролита для проточных аккумуляторов хорошо подходит раствор серной кислоты и ванадиевой соли, тогда как электроды изготавливаются из графита (ванадиевый проточный аккумулятор).

Суть в том, что ванадий, 23-й элемент периодической таблицы Менделеева, относится к тем немногим активным веществам, с которыми эрозию можно держать под контролем. Сегодня исследователи ищут менее дорогостоящие вещества, которые позволили бы сделать технологию проточных аккумуляторов широко доступной и недорогой.

Проточные аккумуляторы приводятся в действие минимум - двумя мощными насосами, позволяющими получать емкости 20 кВт·ч и более. Количество жизненных циклов заряда/разряда может в принципе доходить здесь до 10000, что эквивалентно 20 годам интенсивного использования таких батарей.

Одна ячейка способна производить разность потенциалов от 1,15 до 1,55 вольт. Как и в любой другой системе батарей, для получения нужного уровня напряжения на клеммах, достаточно соединить несколько таких ячеек последовательно.

Удельная энергоемкость проточного аккумулятора на основе соли ванадия составляет около 40 Вт·ч/кг, то есть аккумулятор на 20 кВт·ч будет весить полтонны, приблизительно как свинцово-кислотный аккумулятор аналогичной емкости. Но жить проточный аккумулятор будет дольше, что делает его пригодным для хранения электрической энергии в больших количествах. Однако скорость потребления энергии должна оставаться умеренной.

Устройство и принип работы проточного аккумулятора

Электролит проточного аккумулятора физически распределен оп двум резервуарам (анодный и катодный резервуары — для анодной и катодной частей электролита), размер которых для аккумуляторов разной емкости может варьироваться. При необходимости замены ячеек на новые, допускается повторное использование электролита, что приводит к существенной экономии материалов.

Самая же уязвимая часть проточного аккумулятора — мембрана в центре ячейки, отделяющая друг от друга соответствующие полуячейки. Проблема в том, что мембрана со временем корродирует (испытывает разрушительную коррозию), поэтому к электролиту добавляют специальные примеси, замедляющие коррозию мембраны.

Итак, когда электролит через полуячейки прокачивается насосами в одном направлении — на электродах аккумулятора вырабатывается электричество, а когда аккумулятор необходимо зарядить, - направление прокачки электролита насосами изменяется на противоположное, то есть насосы при заряде и разряде качают электролит в разные стороны. Главное здесь — обеспечить необходимый объем ванадиевой соли.

Наибольшие запасы ванадия на планете принадлежат Китаю, России и ЮАР. Однако основная область его промышленного применения сегодня (90%) - изготовление сплавов на основе стали.

Тем не менее тенденция к использованию ванадия в чистой энергетике уже намечается, ведь это позволит создавать аккумуляторы большой емкости, по характеристикам превосходящие литиевые, при том вдвое более дешевые. Стандартизированные проточные аккумуляторы на мощность 250 кВт могут собираться в батареи необходимой емкости вплоть до огромных.

Самые первые проточные аккумуляторы строились по запатентованной в 1954 году технологии, где в качестве электролита выступал хлорид титана. Технология же на основе ванадиевого электролита была разработана позже - в 1986 году, в Австралийском Университете Нового Южного Уэльса, и получила название «редокс» — Reduction-Oxidation.

Проточный аккумулятор

Россия пока лишь отрабатывает технологию проточных аккумуляторов в условиях лаборатории — исследует режимы и характеристики, изучает реальный потенциал системы.

Конечно, концепция остается стандартной: окислительно-восстановительная батарея с парой емкостей для жидкого электролита, который пропускается одновременно через положительную и отрицательную полуячейки, разделенные мембраной. При движении в одну сторону, электролит заряжается, а при движении в противоположную сторону — отдает накопленную энергию.

Объемы резервуаров варьируют, изменяя таким образом емкость аккумулятора, а для повышения токовых характеристик — увеличивают площадь мембраны между полуячейками, что позволяет повысить предельно допустимую скорость передачи энергии через батарею.

Хотя тема проточных аккумуляторов давно набирает популярность в мире, в России ей пока не очень активно занимаются, лаборатория Сколтеха, на начало 2020 года, была единственной.

Сейчас выявлен основной минус технологии - высокая стоимость ванадия — больше 60 долларов за килограмм оксида. Кроме того исследователи ищут более оптимальный материал для мембраны: этот недорогой материал должен уметь пропускать лишь определённые ионы, при этом быть химически стойким.

Справедливости ради отметим, что еще в 1996 году японцы уже использовали у себя в стране подобные проточные аккумуляторы общей мощностью более 100 кВт. Сегодня уже можно говорить о достижимых мощностях в десятки мегаватт.

По сей день такие системы применяются в Японии для стабилизации частоты переменного тока с номинальной мощностью в 60 мегаватт. Таким образом, уже сейчас перспективы проточных аккумуляторов вполне очевидны. Они хорошо подойдут для хранения электрической энергии в больших объемах, остается довести технологию до совершенства.

Смотрите также: 10 лучших технологий аккумуляторов, зарядки и хранения энергии будущего

Андрей Повный





Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Литий-полимерные аккумуляторы
  • Про гелевые аккумуляторы и их правильное использование
  • Свинцово-кислотный аккумулятор - устройство и принцип работы, разновидности
  • Алюминиевые аккумуляторы
  • Устройство и принцип работы аккумулятора
  • Что такое саморазряд аккумулятора
  • Химические источники тока: основные характеристики
  • Признаки неисправности стартерной аккумуляторной батареи
  • Внутреннее сопротивление аккумулятора
  • Как рассчитать параметры зарядного устройства для аккумулятора
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные электротехнические новинки

    Аккумулирование энергии, Аккумуляторные батареи, Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Дмитрий Коновалов | [цитировать]

    Из-за сложности решения по прокачке реактивных жидкостей через систему и высокой стоимости пакетов элементов стоимость единицы мощности высока по сравнению с традиционными батареями. Таким образом, проточные батареи являются привлекательным решением, особенно в приложениях, где время зарядки / разрядки составляет не менее нескольких часов. Количество химических реакций, которые происходят в аккумуляторах тока, слишком велико. С коммерческой точки зрения лучше всего разработана система, состоящая только из ванадия, за которой следует система цинк-бром. В последней системе цинк металлический, так что только половина аккумулятора проточного типа. Однако увеличение емкости требует только увеличения размера цинкового элемента, и это решение столь же простое и дешевое, как увеличение размера резервуара. Главный недостаток проточных батарей - низкая удельная энергия. Но технологии постоянно развиваются. Несмотря на постоянный прогресс, достижимая объемная плотность энергии все еще ограничена, поскольку реагенты должны быть смешаны с жидким носителем, который не участвует в реакции накопления энергии. Из-за того, что половина его реагентов твердые, удельная энергия цинк-бромной батареи может быть сопоставима или немного выше, чем у свинцово-кислотной батареи. Аккумуляторы с другим химическим составом имеют меньшую удельную энергию.

      Комментарии:

    #2 написал: Сергей | [цитировать]

    Электрическую энергию трудно запасать «впрок»... Недаром переменный характер ее потребления (максимальная нагрузка сетей в часы «пик» и ночные «недогрузки») в ряде стран отражаются в тарифах на оплату электроэнергии. «Пиковая» энергия обходится существенно дороже ночной и «внепиковой». Проточные аккумуляторы в будущем смогут облегчить задачу сохранениния запасов электрической энергии в ночные часы. Мне кажется, что проточные аккумуляторы это серьезная технология, не однодневка и от нее может быть очень иного пользы.

      Комментарии:

    #3 написал: Антон | [цитировать]

    Проточные батареи, иногда называемые окислительно-восстановительными батареями, проточными элементами или регенеративными топливными элементами, представляют собой электрохимическое устройство особого типа, расположенное между вторичной батареей и топливным элементом. Как и аккумуляторная батарея, их можно заряжать и разряжать. Топливные элементы могут поставлять энергию до тех пор, пока они снабжены топливом и окислителем. Проточные батареи могут обеспечивать питание, пока они снабжены заряженными электролитами. Для крупномасштабных приложений проточные батареи могут предложить низкие эксплуатационные расходы. 

      Комментарии:

    #4 написал: Михаил Фрумкин | [цитировать]

    Ванадиевая окислительно-восстановительная батарея представляет собой проточную окислительно-восстановительную батарею (тип топливного элемента), в которой в качестве единственного реагента используется сульфат ванадия. Правильно, одни и те же вещества используются как для анодных, так и для катодных реакций, но в разных степенях окисления. Ванадиевая окислительно-восстановительная батарея была изобретена профессором Марией Скиллас-Казакос и ее командой в Университете Нового Южного Уэльса (Австралия). Разрабатываемый с 1985 года, он привлек большое внимание как решение для хранения энергии в системах возобновляемой энергии, которые страдают от сильно изменчивой выходной мощности. Ванадиевая окислительно-восстановительная батарея также изучается для приложений выравнивания пиков в обычном производстве электроэнергии из-за его превосходной масштабируемости. Другие преимущества включают возможность быстрой перезарядки и относительное отсутствие отходов. Одна проточная окислительно-восстановительная ячейка состоит из положительной и отрицательной полуячейки, разделенных протонообменной мембраной. Каждая полуячейка имеет инертный электрод, по которому течет электролит. Каждая ячейка имеет выходное напряжение около 1,3 вольта (в зависимости от концентрации электролита, температуры и т. д.). На практике более высокие напряжения генерируются пакетом таких элементов, соединенных последовательно, при этом два электролита непрерывно прокачиваются через них параллельно из отдельных резервуаров для хранения. Использование решений для хранения энергии означает, что мощность системы и емкость хранения независимы, что делает ванадиевые батареи масштабируемыми до широкого диапазона напряжений, токов и емкостей, что позволяет адаптировать их к различным приложениям. Ванадиевые окислительно-восстановительные батареи использовались для хранения в жилых домах, работающих на солнечной энергии, в качестве выравнивателей пиков на электростанциях и в качестве резервных батарей для подводных лодок. Раствор сульфата ванадия прост в производстве, хранении и обращении по сравнению со многими другими вариантами топливных элементов. Использование одних и тех же видов металлов на обеих сторонах мембраны означает, что два решения не загрязняют друг друга и могут использоваться неограниченное время, что делает механические замены единственным выходом из системы. Концентрация положительного и отрицательного электролитов может постепенно стать несбалансированной, но эта проблема решается периодическим перемешиванием содержимого накопительных баков при полной разрядке аккумулятора. Быстрая перезарядка возможна путем слива разряженного электролита из баков и повторного заполнения предварительно заряженным раствором. Это вызвало интерес к применению таких аккумуляторных батарей для электромобилей, поскольку подзарядка может быть такой же удобной, как заправка на заправочной станции. Сторонники предполагают, что электролитные станции будут перерабатывать раствор, используя электроэнергию прямо из сети, избавляясь от дорогих сетей транспортировки топлива.

      Комментарии:

    #5 написал: Артур | [цитировать]

    Наряду с современными проточными батареями, кажутся многообещающими решения по хранению энергии в механической форме, такие как последнее поколение накопителей энергии на сжатом воздухе (CAES) и накопители энергии на жидком воздухе (Liquid Air Energy Storage).

    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     


    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2022 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.