En overkommelig måde at opbevare ren energi på

Vedvarende energikilder kan svinge i mængden af ​​strøm, de er i stand til at levere - hvilket er grunden til, at batterier bruges til midlertidigt at lagre energien. Problemet med lithium-ion-batterier er deres korte levetid, mens redoxflow-batterier har, til dato, været omkostningskrævende. Nu, imidlertid, innovative nye redox flow-systemer er tilgængelige til samme prispunkt som lithium-ion-batterier, og holder dobbelt så længe. Volterion er en spin-off af Fraunhofer Institute for Environmental, Sikkerhed og energiteknologi UMSICHT, og det er lykkedes dramatisk at reducere de involverede produktionsomkostninger.

Vores strømforsyning afhænger i stigende grad af vedvarende energikilder. Imidlertid, deres effektproduktion svinger meget - hvilket kræver et medium til at lagre den elektriske energi, indtil det er nødvendigt. Kraftfulde batterisystemer er også en integreret del af anden moderne teknologi såsom elektromobilitetsløsninger. Gitteret er ikke udstyret, for eksempel, til at rumme hurtigladestationer, der kører på 350 kilowatt. Elnettet dækker heller ikke alle de steder, hvor det vil være fornuftigt at installere sådanne stationer. Lithium-ion-batterier er af begrænset brug i sådanne scenarier, ikke mindst på grund af deres utilstrækkeligheder i forhold til cyklus holdbarhed. To til tre års opladning og afladning af sådanne batterier to eller tre gange om dagen ville gøre dem ubrugelige. Ikke så redox flow batterier, som tilbyder overlegen cyklus holdbarhed. De er også ikke brændbare, genanvendelig og let modificeret til både kapacitet og ydeevne. Dette gør dem særligt velegnede til applikationer, hvor batterier udsættes for høje stressniveauer. Men indtil nu, på trods af disse fordele, de har simpelthen været uoverkommelige.

De første overkommelige redoxflow-batterier

Forskere ved Fraunhofer UMSICHT i Oberhausen har været i stand til at skære drastisk ned i omkostningerne ved fremstillingen af ​​redoxflow-batterier. De innovative nye batterier er fremstillet og markedsført af Fraunhofer spin-off Volterion. For at forstå, hvordan forskerne har optimeret redoxflow-batteriet, vi skal tage et kort kig på, hvordan disse batterier er lavet. Redox flow-batterier består af stakke, som igen består af elektrokemiske celler til at omdanne den elektriske energi til kemisk energi, og elektrolytvæsketanke til at opbevare den kemiske energi. Denne stakstruktur er hovedårsagen til, at redoxflow-batterier er så dyre.

Imidlertid, som Dr. Thorsten Seipp, tidligere forsker ved Fraunhofer UMSICHT og nu administrerende direktør hos Volterion, forklarer:"Vi har været i stand til at reducere cellevægten til ti procent af stakken, hvilket reducerer omkostningerne markant. Hvorimod, i konventionelle stakke, tykkelsen af ​​hver celle var ofte så høj som otte til ti millimeter, det er lykkedes os at skære det ned til to til tre millimeter." Takket være materialebesparelsen, de nye redoxflow-batterier koster omtrent det samme som et lithium-ion-batteri, men holder dobbelt så længe. For første gang, de er overkommelige til brug i en lang række applikationer.

Nøglen ligger i materialet

Succesen skyldes først og fremmest de forbedringer, der er foretaget i materialet. Stabler er generelt lavet af en grafit-polymer-komposit. Under behandlingen, imidlertid, sådanne materialer mister deres polymeregenskaber. De lange polymerkæder fortrydes, og materialet mister både sin fleksibilitet og en del af sin stabilitet. Forbindelser mellem celler kan ikke svejses; i stedet skal cellerne samles ved hjælp af gevindtætningsringe.

"Det, vi gjorde hos Fraunhofer UMSICHT, var at modificere materialet og fremstillingsprocessen på en sådan måde, at materialet bevarer sine polymeregenskaber. Som følge heraf, materialet forbliver stabilt og fleksibelt og kan gøres væsentligt tyndere, så stablerne kan svejses sammen, og fjerner helt slidstærke tætningsringe, " forklarer Seipp. Dette gør produktionen af ​​stablerne meget mere omkostningseffektiv, og stablene i sig selv mere robuste, også.

Ansøgninger fra rensningsanlæg til MR-undersøgelser

En af de første anvendelser af de nye redoxflow-batterier er i et rensningsanlæg. Anlægget bruger i øjeblikket metan til at generere strøm, og der er planer om også at gøre brug af solcelleanlæg. Et batteri på 100 kilowatt ville matche udsvingene i både energiproduktion og energibehov, og dette vil gøre det muligt for spildevandsrensningsplanen at opfylde hele sit energibehov selvforsynende. Redox flow batteries could also be extremely useful in hospitals as a power source for MRI scanners.

"Each MRI scanner has an output of 200 kilowatts, so if you have three or four running at the same time, the circuit is soon overloaded. Putting in a new power line is an expensive solution, costing 80, 000 euros a kilometer, making a redox flow battery a good alternative, " says Seipp. MRI scanners run for a few minutes at a time, during which period they consume huge amounts of power, before lying dormant until the next examination. That means that any battery powering the device is exposed to multiple charge cycles daily. "Our optimized batteries are as if made for this application—and indeed any application calling for short bursts of power in quantities that the grid cannot reliably provide, " finishes Seipp.

I øjeblikket, the researchers at Fraunhofer UMSICHT are working alongside colleagues from Volterion to make further cost savings in the production of the batteries. They are also looking to scale up the size of the applications. I øjeblikket, the batteries are designed to deliver between 100 and 300 kilowatts, but in the future this could be multiple megawatts.