Странные решения для хранения энергии могут помочь энергосистеме стать возобновляемой

Мы все знакомы с аккумуляторами. Говорим ли мы об одноразовых батарейках типа АА в пульте телевизора или о гигантских объектах, заполненных перезаряжаемыми элементами для хранения энергии для сети, они являются частью нашей повседневной жизни и хорошо понятны.

Однако на горизонте появляются новые технологии хранения энергии для целей сетевого хранения, и они сильно отличаются от обычных батарей, к которым мы привыкли. Эти технологии являются ключом к максимальному использованию возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, которые не всегда доступны. Давайте посмотрим на некоторые из этих идей и на то, как они радикально меняют то, что мы называем «батарейкой».

Обычно используемые нами батареи состоят из металлического или пластикового корпуса с небольшим количеством электролита внутри, зажатого между электродами. Обычно электролит находится в форме пасты или геля, и по сути мы думаем о батареях как о обычно твердом объекте, даже если они липкие внутри.

Железные проточные батареи работают совершенно по-другому. Они используют жидкий электролит, который закачивается в батарею по мере необходимости для выработки электроэнергии. Электролит состоит из ионов железа в растворе, обычно в виде водных растворов, таких как хлорид железа или сульфат железа.

Типичным материалом электродов является углерод как для положительной, так и для отрицательной стороны, при этом батарея состоит из двух полуэлементов с пористым сепаратором между ними. По мере зарядки аккумулятора ионы железа (II) окисляются в положительной полуэлементе, отдавая электроны и превращаясь в ионы железа (III). В отрицательной полуячейке ионы железа (II) приобретают электроны и становятся железом (0), при этом металлическое железо покрывается самим отрицательным электродом. Когда аккумулятор разряжается под нагрузку, эти реакции протекают в обратном порядке: металл на электроде отрицательной полуэлемента возвращается в раствор.

Преимущество железных проточных батарей состоит в том, что они масштабируются. Можно легко построить резервуары большего размера и ячейки большего размера, что идеально подходит для сетевых приложений, где есть желание хранить много мегаватт-часов энергии. Еще одним преимуществом является срок службы железной проточной батареи, измеряемый от 10 000 до 20 000 циклов. Это на порядок лучше, чем у большинства литий-ионных элементов, и обеспечивает срок службы железных проточных батарей порядка 10–20 лет или даже дольше.

Используемые химикаты также дешевы и легко доступны: железо и его соли легко достать практически в любой точке мира. Существует небольшая потребность в необычных редкоземельных металлах, которые играют ключевую роль в производстве высококачественных литий-ионных элементов. Кроме того, используемые химические вещества также безопасны – в железной проточной батарее нет ничего, что могло бы взорваться или загореться, как другие технологии.

Однако железные проточные батареи имеют некоторые недостатки. Эта технология просто не обладает такой плотностью мощности, как литий-ионные аккумуляторы, поэтому для создания аккумулятора, способного выдавать такую ​​же мощность, требуется больше места. Кроме того, из-за реакции покрытия на отрицательном электроде железная проточная батарея не образует накипи, как некоторые другие теоретические конструкции. Другим проточным батареям требуется только больше электролита для продолжения выработки энергии, при этом размер электродов в этом отношении неважен. Более того, хотя эта технология хранит электроэнергию непосредственно в химическом смысле, железные проточные батареи, как правило, менее эффективны, чем гидроаккумулирующие батареи, при условии наличия подходящей земли. Однако передовые методы хранения гидроэлектроэнергии могут противостоять этому требованию.

Сегодня компании разрабатывают технологии для реальных приложений. Проточные батареи размером с транспортный контейнер от таких компаний, как ESS, доступны с емкостью до 500 кВтч, а выходная мощность достаточна для питания десятков домов в течение 12 часов. Объединение нескольких устройств в одну установку позволяет масштабировать мощность по мере необходимости. Они нацелены на так называемый рынок «долгосрочного» хранения энергии, для хранения энергии от 4 до 24 часов. Это делает их идеальными для таких случаев использования, как хранение энергии во время ежедневных пиков солнечной активности для использования в темное ночное время.