Vanadium-Redox-Flow-Batterie, vollständiger Name Vanadium-REDOX-Flow-Batterie (VRB), ist eine Art REDOX-Batterie, in der Wirkstoffe in flüssigem Zustand zirkulieren. Eisen-Chrom-REDOX-Batterien gibt es seit den 1960er Jahren, Vanadium-REDOX-Batterien wurden jedoch bereits 1985 von Marria Kacos an der University of New South Wales in Australien vorgeschlagen, und nach mehr als zwei Jahrzehnten Forschung und Entwicklung steht die Technologie kurz vor der Reife. In Japan entwickeln sich Vanadium-Batterien vom stationären Typ (im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen) für Spitzenlastkraftwerke und die Speicherung von Windenergie rasant, und leistungsstarke Vanadium-Batterie-Energiespeichersysteme wurden bereits in Betrieb genommen und kommerzialisiert.
Die elektrische Energie vonVanadium-Batteriewird als chemische Energie in Schwefelsäureelektrolyten von Vanadiumionen verschiedener Valenzzustände gespeichert, und dieelektrolytisch hydraulischDer Batteriestapel wird durch eine externe Pumpe unter Druck gesetzt. Unter Einwirkung mechanischer Kraft zirkuliert der elektrolytische Hydraulikdruck in verschiedenen Flüssigkeitsspeichertanks und dem geschlossenen Kreislauf der Halbbatterie. Die Protonenaustauschmembran wird als Membran des Batteriepacks verwendet und die Elektrolytlösung fließt parallel zur Elektrodenoberfläche und es kommt zu einer elektrochemischen Reaktion. Die in der Lösung gespeicherte chemische Energie wird durch Sammeln und Leiten von Strom durch die doppelten Elektrodenplatten in elektrische Energie umgewandelt. Dieser reversible Reaktionsprozess ermöglicht das reibungslose Laden, Entladen und Wiederaufladen der Vanadiumbatterie. Der positive Elektrolyt besteht aus einer Ionenlösung V(Ⅴ) und V(Ⅳ), der negative Elektrolyt besteht aus einer Ionenlösung V(Ⅲ) und V(Ⅱ), Batterie wird geladen, positives Material für die Ionenlösung V(Ⅴ), Ionenlösung V(Ⅱ), Batterie wird entladen, positive und negative Elektrode jeweils für die Ionenlösung V(Ⅳ) und V(Ⅲ), das Batterieinnere durch H+-Leitung. V(Ⅴ)- und V(Ⅳ)-Ionen liegen in saurer Lösung in Form von VO2+-Ionen bzw. VO2+-Ionen vor, daher können die positiven und negativen Reaktionen von Vanadiumbatterien wie folgt ausgedrückt werden:
Positive Elektrode während des Ladens: VO2++H2O→VO2++2H++e-
Negative Elektrode beim Laden: V3++ e-→V2+
Entladungsanode: VO2++2H++e-→VO2++H2O
Entladung der negativen Elektrode: V2+→V3++ e-
Als Energiespeichersystem eingesetzt,Vanadium-Batterienhaben die folgenden Eigenschaften
1. Die Ausgangsleistung der Batterie hängt von der Größe des Batteriestapels ab, die Energiespeicherkapazität hängt vom Elektrolytspeicher und der Elektrolytkonzentration ab, daher ist ihr Design sehr flexibel. Wenn die Ausgangsleistung sicher ist, kann die Energiespeicherkapazität erhöht werden, solange das Volumen des Elektrolytspeichertanks vergrößert oder die Elektrolytkonzentration verbessert wird.
2, der Wirkstoff der Vanadiumbatterie existiert in der Flüssigkeit, das Elektrolytion ist nur einsVanadiumion, so dass es beim Laden und Entladen zu keinem Phasenwechsel anderer Batterien kommt, die Batterie hat eine lange Lebensdauer;
3. Die Lade- und Entladeleistung ist gut, eine Tiefentladung ist möglich, ohne die Batterie zu beschädigen.
4. Geringe Selbstentladung. Wenn sich das System im geschlossenen Modus befindet, tritt beim Elektrolyten im Tank kein Selbstentladungsphänomen auf.
5. Standortfreiheit der Vanadiumbatterie. Das System kann vollautomatisch im geschlossenen Betrieb betrieben werden, ohne Umweltverschmutzung, einfache Wartung und niedrige Betriebskosten.
6. Das Batteriesystem birgt keine potenzielle Explosions- oder Brandgefahr und ist daher sehr sicher.
7. Die Batterieteile bestehen größtenteils aus billigen Kohlenstoffmaterialien und technischen Kunststoffen. Die Materialquellen sind reichhaltig und leicht zu recyceln. Edelmetalle als Elektrodenkatalysatoren werden nicht benötigt.
8. Hohe Energieeffizienz, bis zu 75 % bis 80 %, sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
9. Schnelle Startgeschwindigkeit: Wenn der Reaktor mit Elektrolyt gefüllt ist, kann er innerhalb von 2 Minuten gestartet werden, und der Lade- und Entladezustandsschalter benötigt während des Betriebs nur 0,02 Sekunden.
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