Napredek na področju shranjevanja električne energije: nova, velika in zmogljivejša redoks tekoča baterija.
Vse več je elektrike, ki jo pridobivamo iz nestalnih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija. Potrebne so zmogljive električne naprave za shranjevanje energije, da lahko izenačijo ta nihanja v količini proizvedene električne energije. Znanstveniki inštituta Fraunhofer so pred kratkim dosegli pomemben napredek pri njihovem razvoju redoks tekočih baterij, ki dosega moči shranjevanja do 25 kW pri velikosti celice 0,5 kvadratnega metra. To je osemkrat več kot pri prejšnjih sistemih velikosti A4. Novo baterijo so prvič predstavili na sejmu v Hannovru, ki je potekal od 8 do 12 aprila letos.
Sonce in veter sta pomemben vir energije. Skoraj četrtina električne energije, ki jih uporabljamo danes, izvira iz obnovljivih virov. Nemška zvezna vlada si je zadala cilj, da do leta 2050 ustvarijo celotno skupno porabo elektrike države s pomočjo sonca, vetra, in biomase. Za uspeh tega „Energiewende“ projekta pa je potrebno večje količine sončne in vetrne energije shraniti za uporabo ponoči ali v času, ko je vetra manj. Ena izmed možnosti so električne baterije. Redoks tekoče baterije ponujajo učinkovit način za izravnavo nihanja v dobavi energije iz obnovljivih virov in s tem zagotavljajo njeno stalno razpoložljivost. Baterije hranijo električno energijo v kemičnih spojinah, tekočih elektrolitih. Elektroliti se polnijo in praznijo v majhnih celicah, kjer poteka reakcija. Več teh celic nato povežejo v nize. Vendar pa lahko baterije, ki so trenutno na voljo na tržišču in imajo približno velikost A4 (1/16 kvadratnih metrov), ustvarijo le 2,3 kilovatov (kW) moči.
Prva predstavitev na sejmu v Hannovru
Znanstvenikom inštituta Fraunhofer za okoljske, varnostne in energetske tehnologije UMSICHT v Oberhausnu v Nemčiji, je uspelo bistveno povečati obseg takšnega niza in s tem tudi njegove zmogljivosti. Njihova nova zasnova je omogočila proizvodnjo nizov do velikosti 0,5 kvadratnega metra. To je 8-krat večja površina od celic v prejšnjih sistemih, kar ima za posledico moči do 25 kW. Znanstveniki so predstavili te baterije na Fraunhoferjevem razstavnem prostoru Energy Alliance, Zavezništva za energijo na sejmu v Hannovru (hala 13, C10). Prototip ima izkoristek do 80 odstotkov in lahko prenese obremenitev do 500 amperov toka.
Kako je torej strokovnjakom uspelo tako neverjetno povečati obseg in zmogljivost? Začeli so s preizkušanjem novih materialov membrane in raziskovali upravljanje baterije in njeno obliko. Simulacija pretoka jim je pomagala optimizirati celično strukturo. Popolna prenova baterije, ki je temu sledila, je ekipi Fraunhofer omogočila pomemben napredek. „Največji izziv, s katerim smo se soočali pri proizvodnji baterij s to stopnjo učinkovitosti je bil razvoj povsem nove strukture niza celic in njihovo povečanje,“ pojasnjuje dr Jens Burfeind, vodja skupine za elektrokemične sisteme za shranjevanje energije pri Fraunhofer UMSICHT.
Velik laboratorij za preizkušanje redoks tekočih baterij
UMSICHT strokovnjaki delajo skupaj s kolegi iz inštitutov Fraunhofer za kemijsko tehnologijo ICT in sisteme za solarno energijo ISE pri intenzivnem raziskovanju redoks tekočih baterij v okviru projekta, ki ga je odprlo zvezno ministrstvo za okolje, varstvo narave in jedrsko varnost (BMU). Raziskovalno delo se izvaja v zavodu v Oberhausnu, ki je tudi eni največjih evropskih preskusnih laboratorijev za redoks tekoče baterije. „Uspešno preoblikovanje nizov baterijskih celic je bil pomemben korak pri razvoju tekočih redoks baterij, ki bi lahko na primer oskrbela z električno energijo 2000 gospodinjstev,“ pravi doktor Christian Dötsch, direktor oddelka Energija v Fraunhofer UMSICHT. To bi zahtevalo kapaciteto približno 2 megavatov, tako da je njihov prvi naslednji cilj razviti niz celic z velikostjo 2 kvadratna metra in z zmogljivostjo 100 kW.
Kako delujejo tekoče redoks baterije
REDOX pretočna celica (RED kot rdeča za redukcijo = za zbiranje elektronov, OX za oksidacijo = oddajanje elektronov) je akumulator. Ta shranjuje električno energijo v elektrolitskih raztopinah, ki se nahajajo v cisternah. Elektrolit kroži od teh cistern skozi celico, ki s kemičnim procesom iz tekočine proizvaja električno energijo. Najpogostejša različica te vrste baterije je vanadij redoks tekoča baterija. Vanadij se napolni in izprazni v majhnih celicah, kjer poteka reakcija. Več teh celic se poveže v nize, kar poveča moč baterije. Redoks tekoče baterije imajo veliko prednosti, so stroškovno učinkovite, zanesljive, trpežne in se lahko individualno prilagodijo.
Nove baterije
Fraunhofer-Gesellschaft
2013_SE208_7
