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
Post a Comment