Vanadium-Redox-Flow-BatterieDie Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRB) ist eine Redox-Batterie, in der aktive Substanzen im flüssigen Zustand zirkulieren. Eisen-Chrom-Redox-Batterien gibt es bereits seit den 1960er Jahren, Vanadium-Redox-Batterien wurden jedoch erst 1985 von Marria Kacos an der University of New South Wales in Australien vorgeschlagen. Nach über zwei Jahrzehnten Forschung und Entwicklung steht die Technologie kurz vor der Marktreife. In Japan werden stationäre Vanadium-Batterien (im Gegensatz zu Elektrofahrzeugen) für Spitzenlastkraftwerke und Windenergiespeicher rasant entwickelt, und leistungsstarke Vanadium-Batteriespeichersysteme sind bereits im Einsatz und kommerziell erhältlich.
Die elektrische Energie vonVanadiumbatteriewird als chemische Energie in Schwefelsäure-Elektrolyt von Vanadiumionen unterschiedlicher Wertigkeitsstufen gespeichert, und dieelektrolytische HydraulikDer Batteriestapel wird mittels einer externen Pumpe unter Druck gesetzt. Unter mechanischer Krafteinwirkung zirkuliert der elektrolytische Druck in verschiedenen Flüssigkeitsspeichern und im geschlossenen Kreislauf der Batteriehälfte. Eine Protonenaustauschmembran dient als Membran des Batteriepacks. Die Elektrolytlösung fließt parallel zur Elektrodenoberfläche, wodurch eine elektrochemische Reaktion stattfindet. Die in der Lösung gespeicherte chemische Energie wird durch Stromfluss über die Doppelelektrodenplatten in elektrische Energie umgewandelt. Dieser reversible Reaktionsprozess ermöglicht das reibungslose Laden, Entladen und Wiederaufladen der Vanadiumbatterie. Der positive Elektrolyt besteht aus V(V)- und V(IV)-Ionenlösungen, der negative aus V(III)- und V(II)-Ionenlösungen. Beim Laden der Batterie werden die positiven Elektroden für die V(V)- und V(II)-Ionenlösungen verwendet. Beim Entladen der Batterie werden die positiven und negativen Elektroden für die V(IV)- bzw. V(III)-Ionenlösungen verwendet. Der Stromfluss in der Batterie erfolgt durch H+-Leitung. V(V)- und V(IV)-Ionen liegen in saurer Lösung jeweils als VO2+-Ionen bzw. VO2+-Ionen vor, daher lassen sich die positiven und negativen Reaktionen von Vanadiumbatterien wie folgt ausdrücken:
Positive Elektrode während des Ladevorgangs: 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-
Wird als Energiespeichersystem verwendet,VanadiumbatterienSie weisen folgende Eigenschaften auf
1. Die Ausgangsleistung der Batterie hängt von der Größe des Batteriestapels ab, die Energiespeicherkapazität hängt von der Elektrolytspeicherung und -konzentration ab, daher ist ihre Konstruktion sehr flexibel. Wenn die Ausgangsleistung festgelegt ist, kann die Energiespeicherkapazität erhöht werden, indem einfach das Volumen des Elektrolytspeichertanks erhöht oder die Elektrolytkonzentration verbessert wird.
2. Die aktive Substanz der Vanadiumbatterie befindet sich in der Flüssigkeit, das Elektrolytion ist nur eines.Vanadium-IonDa es beim Laden und Entladen zu keiner Phasenänderung anderer Batterien kommt, hat die Batterie eine lange Lebensdauer;
3. Das Lade- und Entladeverhalten ist gut, eine Tiefentladung ist ohne Beschädigung der Batterie möglich;
4. Geringe Selbstentladung: Im geschlossenen Zustand des Systems findet keine Selbstentladung des Elektrolyten im Tank statt.
5. Freie Standortwahl für die Vanadiumbatterie, vollautomatischer, geschlossener Betrieb möglich, keine Umweltverschmutzung, einfache Wartung, niedrige Betriebskosten;
6. Das Batteriesystem birgt keine Explosions- oder Brandgefahr und ist daher sehr sicher.
7. Die Batterieteile bestehen größtenteils aus billigen Kohlenstoffmaterialien, technischen Kunststoffen, die Materialquellen sind reichhaltig, leicht zu recyceln, es werden keine Edelmetalle als Elektrodenkatalysator benötigt;
8. Hohe Energieeffizienz von bis zu 75–80 %, sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis;
9. Schnelle Anlaufgeschwindigkeit: Wenn der Reaktor mit Elektrolyt gefüllt ist, kann er innerhalb von 2 Minuten gestartet werden, und der Wechsel zwischen Lade- und Entladezustand benötigt während des Betriebs nur 0,02 Sekunden.
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