Redoks mengalirkan baterai

Terjemahan dari :
Redox flow batteries

Penulis :
Matthew M. MenchJeremy P. MeyersPhilip N. RossJeffrey T. GostickQinghua Liu


1.              Abstrak

Redox flow batteries (RFBs) sekarang ini sedang dalam penelitian oleh para ahli,  karena kemampuan mereka untuk menyimpan sejumlah besar energi listrik yang relatif murah dan efisien. Dalam tinjauan ini, kami memeriksa komponen RFB dengan fokus pada pemahaman proses fisik yang mendasarinya. Berbagai fenomena transportasi dan kinetik dibahas bersama dengan pasangan redoks yang paling umum.

2.              Penjelasan

Sumber energi terbarukan, seperti matahari dan angin, sedang digunakan dalam jumlah yang lebih besar daripada sebelumnya, namun sumber-sumber ini berselang dan seringkali tidak dapat diprediksi. Karakteristik ini membatasi sejauh mana utilitas dapat mengandalkannya, dan, dengan demikian, energi terbarukan saat ini terdiri dari sebagian kecil sumber daya utama pada jaringan listrik AS. Analisis menunjukkan bahwa jaringan listrik bisa menjadi tidak stabil jika energi terbarukan non-dispatchable melebihi 20% dari kapasitas pembangkit energi tanpa penyimpanan energi. Namun, banyak utilitas mengamanatkan portofolio terbarukan yang mendekati tingkat penerapan ini, sehingga ada kebutuhan mendesak untuk teknologi penyimpanan untuk melengkapi dan memungkinkan standar terbarukan. Selain kapasitor, bagaimanapun, tidak ada cara untuk menyimpan energi listrik seperti itu. Sebagai gantinya, jika listrik disimpan, pertama-tama harus diubah menjadi bentuk energi lain. Ada beberapa teknologi yang memungkinkan penyimpanan energi praktis pada tingkat penyebaran saat ini, namun hanya sebagian kecil pembangkit listrik Amerika Utara yang menggunakan teknologi semacam itu. Untuk memastikan bahwa energi terbarukan berhasil memberikan daya yang andal kepada konsumen AS, negara ini memerlukan penyimpanan yang hemat biaya dan dapat diandalkan pada skala grid.

Baterai isi ulang konvensional menawarkan cara sederhana dan efisien untuk menyimpan listrik, namun perkembangan sampai saat ini sebagian besar berfokus pada sistem transportasi dan sistem yang lebih kecil untuk daya portabel atau daya cadangan intermiten; metrik yang berkaitan dengan ukuran dan volume jauh kurang penting untuk penyimpanan grid daripada pada aplikasi portabel atau transportasi. Oleh karena itu, ada alasan bahwa mengoptimalkan kinerja baterai melebihi seperangkat variabel yang berbeda dapat menghasilkan implementasi yang memberikan kinerja superior untuk mengurangi biaya. Baterai untuk penyimpanan grid berskala besar memerlukan daya tahan untuk sejumlah besar siklus pengisian / pengosongan serta umur kalender, efisiensi perjalanan pulang-pergi yang tinggi, kemampuan untuk merespons perubahan beban atau masukan dengan cepat, dan biaya modal yang wajar. Redox flow batteries (RFBs) atau redox flow cells (RFCs).






Komponen kunci RFB adalah kemampuan untuk memisahkan daya dan energi. Kekuasaan dikendalikan oleh tumpukan sementara energi disimpan dalam reaktan yang terpisah. Dengan demikian, seseorang dapat mengoptimalkan rentang variabel dan penyimpanan yang lebih besar dapat ditingkatkan dengan relatif mudah dan biaya minimal dibandingkan dengan tumpukan, yang biasanya merupakan komponen sistem yang paling mahal. Untuk memeriksa teknologi yang sedang dikembangkan untuk memenuhi persyaratan biaya pasar dan memungkinkan penyimpanan berskala luas, kami mempertimbangkan portofolio teknologi penyimpanan RFB yang ada dan kemungkinan masing-masing. Untuk itu, kami mengenalkan berbagai teknologi dan membahas secara lebih mendalam atribut umum dan permasalahan yang dihadapi RFB.




3.              Kesimpulan

Dalam tinjauan ini, kami telah memeriksa beberapa RFB yang lebih umum dan komponen masing-masing dan fenomena fisik yang mendasarinya. Pada saat ini, tidak ada kimia RFB "terbaik"; Pembangunan terus berlanjut melalui penelitian industri dan akademis yang didukung oleh pemerintah dan industri. Jelas bahwa pengembangan industri prototipe dan sistem kerja telah melampaui penelitian fundamental pada saat ini. Tak pelak lagi, agar ilmu pengetahuan maju dan masalah mendasar yang harus diselesaikan, pemahaman yang jauh lebih mendasar dibutuhkan.
Dalam hal transportasi dari perspektif generik, kimia-agnostik, studi dan karakterisasi yang jauh lebih mendalam dan mendasar diperlukan oleh pemodelan eksperimental dan analitis atau komputasional gabungan :

a.             Mengisi transportasi dan reaksi elektrokimia pada dan di dekat permukaan elektroda.

b.   Pengangkutan muatan kompleks dan nonidealities pada berbagai pasangan RFB dan elektrolit yang digunakan.

c.                     Spesies mengisi transportasi dan crossover pada membran pertukaran ion. Untuk banyak sistem, membran merupakan komponen pembatas utama dalam kelayakan sistem. Membran dengan biaya rendah dan permeabilitas rendah dengan selektivitas ion yang baik, stabilitas, konduktivitas tinggi, dan sifat mekanik yang sesuai diperlukan.

Mekanika fluida dan pengangkutan elektrolit melalui berbagai elektroda dan arsitektur sel termasuk laju reaksi dan distribusi aliran yang digabungkan untuk menentukan struktur dan sifat elektroda yang optimal.

4.              Saran

Untuk memungkinkan studi yang lebih lengkap di bidang ini, kelas baru diagnostik RFB juga akan dibutuhkan. Topik lain yang memerlukan studi masa depan karena sistem dengan potensi terbesar didefinisikan adalah penurunan kinerja. Seperti pada sistem konversi daya elektrokimia yang dipelajari lebih lanjut, banyak mode degradasi material kemungkinan akan terkait dengan proses transportasi yang dapat dioptimalkan dengan lebih baik untuk meningkatkan umur panjang.

Akhirnya, sepanjang peninjauan ini tidak banyak yang disebutkan mengenai komponen lain dalam sistem RFB. Secara khusus, pelarut dan kimia khas secara inheren sangat korosif karena konsentrasi ionik dan mungkin protoniknya yang tinggi. Sifat mereka membuat penyegelan dan pemilihan material untuk pompa, medan aliran, pipa, dll sangat sulit dan mahal; Menemukan solusi untuk masalah ini diperlukan agar sistem RFB dapat masuk ke pasar.


Comments

Popular Posts