Поточная батарея
Тип электрохимической ячейки

Проточная батарея Redox
Типичная проточная батарея состоит из двух резервуаров с жидкостями, которые прокачиваются через мембрану, удерживаемую между двумя электродами. [1]

Проточная батарея , или окислительно-восстановительная проточная батарея (после восстановления-окисления ), представляет собой тип электрохимической ячейки , в которой химическая энергия обеспечивается двумя химическими компонентами, растворенными в жидкостях, которые прокачиваются через систему по разные стороны мембраны. [2] [3] Перенос ионов внутри ячейки (сопровождаемый потоком тока через внешнюю цепь) происходит через мембрану, в то время как жидкости циркулируют в своих соответствующих пространствах.

Были продемонстрированы различные проточные батареи, включая неорганические [4] и органические формы. [5] Конструкцию проточных батарей можно дополнительно классифицировать на полнопроточные, полупроточные и безмембранные.

Основное различие между обычными и проточными батареями заключается в том, что в обычных батареях энергия хранится в материале электродов , тогда как в проточных батареях она хранится в электролите .

Проточная батарея может использоваться как топливный элемент (где в систему добавляются новый заряженный неголит (он же восстановитель или топливо) и заряженный постолит (он же окислитель)), или как перезаряжаемая батарея (где источник электроэнергии обеспечивает регенерацию восстановителя и окислителя).

Проточные батареи имеют определенные технические преимущества по сравнению с обычными перезаряжаемыми батареями с твердыми электроактивными материалами, такими как независимое масштабирование мощности (определяется размером стопки) и энергии (определяется размером резервуаров), длительный цикл и календарный срок службы, [6] и потенциально более низкая общая стоимость владения . Однако проточные батареи страдают от низкой циклической энергоэффективности (50–80%). Этот недостаток вытекает из необходимости эксплуатации проточных батарей при высоких (>= 100 мА/см2) плотностях тока для уменьшения эффекта внутреннего кроссовера (через мембрану/сепаратор) и снижения стоимости энергии (размер стопок). Кроме того, большинство проточных батарей (исключениями являются Zn-Cl2 , Zn-Br2 и H2 - LiBrO3 ) имеют более низкую удельную энергию (больший вес), чем литий-ионные батареи . Больший вес в основном обусловлен необходимостью использования растворителя (обычно воды) для поддержания окислительно-восстановительных активных частиц в жидкой фазе. [7]

По состоянию на 2021 год патентные классификации для проточных батарей не были полностью разработаны. Совместная патентная классификация рассматривает проточные батареи как подкласс регенеративных топливных элементов (H01M8/18), хотя более уместно рассматривать топливные элементы как подкласс проточных батарей. [ необходима ссылка ]

Напряжение элемента химически определяется уравнением Нернста и в практических применениях варьируется от 1,0 до 2,43 вольт . Энергоемкость зависит от объема электролита, а мощность — от площади поверхности электродов . [ 8]

История

Логарифм числа публикаций, связанных с электрохимическими источниками тока по годам. Также пурпурной линией показана скорректированная с учетом инфляции цена на нефть в долларах США/литр в линейной шкале















Первоначальным проточным аккумулятором был цинк-бромный аккумулятор (Zn-Br2). [ 8 ] Джон Дойл подал патент США 224404  29 сентября 1879 года. Аккумуляторы Zn-Br2 имеют относительно высокую удельную энергию и были продемонстрированы в электромобилях в 1970-х годах. [9]

Вальтер Кангро, эстонский химик, работавший в Германии в 1950-х годах, был первым, кто продемонстрировал проточные батареи на основе растворенных ионов переходных металлов: Ti–Fe и Cr–Fe. [10] После первоначальных экспериментов с химией проточных окислительно-восстановительных батарей (RFB) Ti–Fe, NASA и группы в Японии и других местах выбрали химию Cr–Fe для дальнейшей разработки. Смешанные растворы (т. е. содержащие как виды хрома, так и железа в неголите и в посолите) использовались для того, чтобы уменьшить эффект изменяющейся во времени концентрации во время циклирования.

В конце 1980-х годов Сум, Рычик и Скиллас-Казакос [11] из Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) в Австралии продемонстрировали химию ванадиевых RFB. UNSW подал несколько патентов, связанных с VRFB, которые впоследствии были лицензированы японскими, тайскими и канадскими компаниями, которые пытались коммерциализировать эту технологию с переменным успехом. [12]

Органические окислительно-восстановительные проточные батареи появились в 2009 году. [13]

В 2022 году в Даляне ( Китай) началась эксплуатация ванадиевой проточной батареи мощностью 400 МВт·ч и 100 МВт, которая на тот момент была крупнейшей в своем роде. [14]

Sumitomo Electric построила проточные батареи для использования в Тайване, Бельгии, Австралии, Марокко и Калифорнии. Ферма проточных батарей на Хоккайдо была крупнейшей в мире, когда она открылась в апреле 2022 года — пока Китай не развернул еще одну, в восемь раз большую, которая может соответствовать мощности завода по производству природного газа . [15]

Дизайн

Проточная батарея — это перезаряжаемый топливный элемент , в котором электролит, содержащий один или несколько растворенных электроактивных элементов, протекает через электрохимическую ячейку , которая обратимо преобразует химическую энергию в электрическую . Электроактивные элементы — это «элементы в растворе, которые могут принимать участие в электродной реакции или которые могут адсорбироваться на электроде». [16]

Электролит хранится снаружи, как правило, в резервуарах, и обычно прокачивается через ячейку (или ячейки) реактора. [17] Проточные батареи можно быстро «перезаряжать», заменяя разряженную электролитную жидкость (аналогично заправке двигателей внутреннего сгорания ) при восстановлении отработанного материала для перезарядки. Их также можно перезаряжать на месте . Во многих проточных батареях используются электроды из углеродного войлока из-за их низкой стоимости и достаточной электропроводности, несмотря на их ограниченную плотность мощности из-за их низкой собственной активности по отношению ко многим окислительно-восстановительным парам. [18] [19] Количество электроэнергии, которое может быть сгенерировано, зависит от объема электролита.

Проточные батареи управляются принципами проектирования электрохимической инженерии . [20]

Оценка

Проточные аккумуляторы Redox и, в меньшей степени, гибридные проточные аккумуляторы обладают следующими преимуществами:

  • Независимое масштабирование энергии (резервуары) и мощности (стек), что позволяет оптимизировать затраты/вес и т. д. для каждого приложения
  • Длительный цикл и календарный срок службы (поскольку отсутствуют переходы из твердого состояния в твердое , которые приводят к деградации литий-ионных и родственных им аккумуляторов)
  • Быстрое время отклика
  • Нет необходимости в «выравнивающей» зарядке (перезарядке аккумулятора для обеспечения одинакового заряда всех ячеек)
  • Никаких вредных выбросов.
  • Незначительный или нулевой саморазряд в периоды простоя
  • Переработка электроактивных материалов

Некоторые типы обеспечивают простоту определения степени заряда (по зависимости напряжения от заряда), неприхотливы в обслуживании и устойчивы к перезаряду/переразряду.

Они безопасны, поскольку обычно не содержат легковоспламеняющихся электролитов, а электролиты можно хранить вдали от силовой установки.

Основные недостатки: [21]

  • Низкая плотность энергии (для хранения полезного количества энергии требуются большие резервуары)
  • Низкие скорости заряда и разряда. Это подразумевает большие электроды и мембранные сепараторы, что увеличивает стоимость.
  • Более низкая энергоэффективность, поскольку они работают при более высоких плотностях тока, чтобы минимизировать эффекты перекрестного тока (внутреннего саморазряда) и снизить стоимость.

Проточные батареи обычно имеют более высокую энергоэффективность, чем топливные элементы , но более низкую, чем литий-ионные батареи . [22]

Традиционные химические составы проточных батарей имеют как низкую удельную энергию (что делает их слишком тяжелыми для полностью электрических транспортных средств), так и низкую удельную мощность (что делает их слишком дорогими для стационарного хранения энергии ). Однако для водородно-бромных проточных батарей была продемонстрирована высокая мощность 1,4 Вт/см2 , а для водородно-броматных проточных батарей была показана высокая удельная энергия (530 Вт·ч/кг на уровне бака) [23] [24] [25]

Традиционные проточные батареи

Редокс - ячейка использует окислительно-восстановительные активные виды в жидкой (жидкой или газообразной) среде. Редокс-проточные батареи являются перезаряжаемыми ( вторичными ) ячейками. [26] Поскольку они используют гетерогенный перенос электронов , а не твердотельную диффузию или интеркаляцию, они больше похожи на топливные элементы , чем на обычные батареи. Основная причина, по которой топливные элементы не считаются батареями, заключается в том, что изначально (в 1800-х годах) топливные элементы появились как средство для производства электроэнергии непосредственно из топлива (и воздуха) посредством электрохимического процесса без сжигания. Позже, особенно в 1960-х и 1990-х годах, перезаряжаемые топливные элементы (т. е. H
2/ О
2(например, унифицированные регенеративные топливные элементы в прототипе Helios от NASA ).

Химия Cr–Fe имеет недостатки, включая гидратную изомерию (т.е. равновесие между электрохимически активными хлорокомплексами Cr3+ и неактивным гексааквакомплексом и выделение водорода на отрицательном электроде). Гидратную изомерию можно смягчить путем добавления хелатирующих аминолигандов, в то время как выделение водорода можно смягчить путем добавления солей Pb для увеличения перенапряжения H2 и солей Au для катализа реакции хромового электрода. [27]

Традиционные химические элементы окислительно-восстановительных проточных батарей включают железо-хром, ванадий , полисульфид-бромид (Regenesys) и уран . [28] Редокс-топливные элементы менее распространены в продаже, хотя было предложено много таких элементов. [29] [30] [31] [32]

Ванадий

Проточные окислительно-восстановительные батареи на основе ванадия являются коммерческими лидерами. Они используют ванадий на обоих электродах, поэтому не страдают от перекрестного загрязнения. Однако ограниченная растворимость солей ванадия сводит на нет это преимущество на практике. Преимущества этой химии включают четыре состояния окисления в пределах электрохимического окна напряжения интерфейса графит-водная кислота и, таким образом, устранение разбавления при смешивании, пагубного для RFB Cr–Fe. Что еще более важно для коммерческого успеха, так это почти идеальное совпадение окна напряжения интерфейса углерод/водная кислота с окном окислительно-восстановительных пар ванадия. Это продлевает срок службы недорогих углеродных электродов и снижает влияние побочных реакций, таких как выделение H2 и O2, что приводит к многолетней долговечности и многоцикловому (15 000–20 000) сроку службы, что, в свою очередь, приводит к рекордно низкой приведенной стоимости энергии (LCOE, стоимость системы, деленная на полезную энергию, срок службы и эффективность цикла). Эти длительные сроки службы позволяют амортизировать их относительно высокие капитальные затраты (обусловленные ванадием, углеродным войлоком, биполярными пластинами и мембранами). LCOE составляет порядка нескольких десятков центов за кВт·ч, что намного ниже, чем у твердотельных батарей, и близко к целевым показателям в 5 центов, заявленным правительственными агентствами США и ЕС. [33] К основным проблемам относятся: низкая распространенность и высокая стоимость V 2 O 5 (> 30 долл. США / кг); паразитные реакции, включая выделение водорода и кислорода; и осаждение V 2 O 5 во время циклирования.

Гибридный

Гибридная проточная батарея (HFB) использует один или несколько электроактивных компонентов, нанесенных в виде твердого слоя. [34] Главным недостатком является то, что это снижает разделенную энергию и мощность. Ячейка содержит один электрод батареи и один электрод топливного элемента. Этот тип ограничен по энергии площадью поверхности электрода.

HFB включают цинк-бромные , цинк-цериевые , [35] растворимые свинцово-кислотные , [36] и полностью железные проточные батареи. Вэн и др. сообщили о гибридной проточной батарее на основе ванадия и металлгидрида с экспериментальным OCV 1,93 В и рабочим напряжением 1,70 В, относительно высокими значениями. Она состоит из графитового войлочного положительного электрода, работающего в смешанном растворе VOSO
4и Н
2ТАК
4, и отрицательный электрод из гидрида металла в водном растворе KOH . Два электролита с разным pH разделены биполярной мембраной. Система продемонстрировала хорошую обратимость и высокую эффективность по кулонам (95%), энергии (84%) и напряжению (88%). Они сообщили об улучшениях с увеличением плотности тока, включением более крупных электродов площадью 100 см 2 и последовательной работой. Предварительные данные с использованием флуктуирующей смоделированной входной мощности проверили жизнеспособность в отношении хранения в масштабе кВт·ч. [37] В 2016 году была предложена гибридная проточная батарея Mn(VI)/Mn(VII)-Zn с высокой плотностью энергии. [38]

Полийодид цинка

Прототип цинк - полииодидной проточной батареи продемонстрировал плотность энергии 167 Вт·ч/л. Более старые цинк-бромидные элементы достигают 70 Вт·ч/л. Для сравнения, литий-железо-фосфатные батареи хранят 325 Вт·ч/л. Цинк-полииодидная батарея, как утверждается, безопаснее других проточных батарей, учитывая отсутствие кислотных электролитов, негорючесть и рабочий диапазон от −4 до 122 °F (от −20 до 50 °C), что не требует обширной схемы охлаждения, которая увеличила бы вес и заняла бы место. Одной из нерешенных проблем является накопление цинка на отрицательном электроде, который может проникать через мембрану, снижая эффективность. Из-за образования дендритов Zn, Zn-галогенидные батареи не могут работать при высокой плотности тока (> 20 мА/см 2 ) и, таким образом, имеют ограниченную плотность мощности. Добавление спирта в электролит ZnI-батареи может помочь. [39] Недостатками метода Zn/I RFB являются высокая стоимость солей йодида (> 20 долл. США/кг), ограниченная площадь осаждения Zn, что снижает разделенную энергию и мощность, а также образование дендритов Zn.

Когда аккумулятор полностью разряжен, оба резервуара содержат один и тот же раствор электролита: смесь положительно заряженных ионов цинка ( Zn2+
) и отрицательно заряженный ион йодида, ( I−
). При зарядке один резервуар удерживает другой отрицательный ион, полииодид, ( I−
3). Батарея вырабатывает энергию, перекачивая жидкость через стек, где жидкости смешиваются. Внутри стека ионы цинка проходят через селективную мембрану и превращаются в металлический цинк на отрицательной стороне стека. [40] Для увеличения плотности энергии ионы брома ( Br
–) используются в качестве комплексообразователя для стабилизации свободного йода, образуя ионы йода и брома ( I
2Бр−
) как средство высвобождения ионов йода для хранения заряда. [41]

Поток протонов

Протонные проточные батареи (PFB) интегрируют металлгидридный электрод хранения в топливный элемент с обратимой протонообменной мембраной (PEM) . Во время зарядки PFB объединяет ионы водорода, полученные при расщеплении воды, с электронами и металлическими частицами в одном электроде топливного элемента. Энергия хранится в форме твердого металлгидрида. Разряд производит электричество и воду, когда процесс обращается, и протоны соединяются с окружающим кислородом. Могут использоваться металлы, менее дорогие, чем литий, и они обеспечивают большую плотность энергии, чем литиевые элементы. [42] [43]

Органический

По сравнению с неорганическими редокс-проточными батареями, такими как ванадиевые и Zn-Br 2 батареи. Преимущество органических редокс-проточных батарей заключается в настраиваемых редокс-свойствах их активных компонентов. По состоянию на 2021 год органические RFB показали низкую долговечность (т. е. календарный или циклический срок службы, или и то, и другое) и не были продемонстрированы в коммерческих масштабах. [13]

Органические окислительно-восстановительные проточные батареи можно дополнительно классифицировать на водные (AORFB) и неводные (NAORFB). [44] [45] AORFB используют воду в качестве растворителя для электролитных материалов, в то время как NAORFB используют органические растворители. AORFB и NAORFB можно далее разделить на полные и гибридные системы. Первые используют только органические электродные материалы, тогда как вторые используют неорганические материалы либо для анода, либо для катода. В более крупномасштабном хранении энергии более низкая стоимость растворителя и более высокая проводимость дают AORFB больший коммерческий потенциал, а также предлагают преимущества безопасности электролитов на основе воды. Вместо этого NAORFB обеспечивают гораздо большее окно напряжения и занимают меньше места.

pH-нейтральные AORFB

pH-нейтральные AORFB работают при pH 7, обычно используя NaCl в качестве поддерживающего электролита. При pH-нейтральных условиях органические и металлоорганические молекулы более стабильны, чем в едких кислотных и щелочных условиях. Например, K4[Fe(CN)], обычный католит, используемый в AORFB, нестабилен в щелочных растворах, но стабилен при pH-нейтральных условиях. [46]

AORFB использовали метилвиологен в качестве анолита и 4-гидрокси-2,2,6,6-тетраметилпиперидин-1-оксил в качестве католита при нейтральных условиях pH, а также NaCL и недорогую анионообменную мембрану. Эта система MV/TEMPO имеет самое высокое напряжение ячейки, 1,25  В, и, возможно, самые низкие капитальные затраты (180 долл. США/кВт·ч), зарегистрированные для AORFB по состоянию на 2015 год. Водные жидкие электролиты были разработаны как замена без замены инфраструктуры. Тестовая батарея на 600 милливатт была стабильной в течение 100 циклов с почти 100-процентной эффективностью при плотности тока от 20 до 100 мА/см² , с оптимальной производительностью, рассчитанной на 40–50  мА, при которой сохранялось около 70% исходного напряжения батареи. [47] [48] Нейтральные AORFB могут быть более экологически чистыми, чем кислотные или щелочные альтернативы, демонстрируя при этом электрохимические характеристики, сопоставимые с коррозионными RFB. MV/TEMPO AORFB имеет плотность энергии 8,4  Вт·ч/л с ограничением на стороне TEMPO. В 2019 году сообщалось, что проточные батареи на основе Viologen , использующие сверхлегкий сульфонат -виологен/ ферроцианид AORFB, были стабильны в течение 1000 циклов при плотности энергии 10 Вт·ч/л, что является самым стабильным, энергоплотным AORFB на тот момент. [49]

Кислотные AORFB

Хиноны и их производные являются основой многих органических окислительно-восстановительных систем. [50] [51] [52] В одном исследовании 1,2-дигидробензохинон-3,5-дисульфоновая кислота (BQDS) и 1,4-дигидробензохинон-2-сульфоновая кислота (BQS) использовались в качестве катодов, а обычный Pb/ PbSO4 был анолитом в гибридном кислотном AORFB. Хиноны принимают две единицы электрического заряда по сравнению с одной в обычном католите, что подразумевает вдвое больше энергии в данном объеме.

Другой хинон 9,10-антрахинон-2,7-дисульфоновая кислота (AQDS) была оценена. [53] AQDS подвергается быстрому обратимому восстановлению двух электронов/двух протонов на стеклоуглеродном электроде в серной кислоте . Водная проточная батарея с недорогими углеродными электродами, объединяющая пару хинон/гидрохинон с Br
2/ Бр .−
 окислительно-восстановительная пара, дает пиковую гальваническую плотность мощности, превышающую 6000 Вт/м 2 при 13000 А/м 2 . Циклирование показало > 99% сохранение емкости хранения за цикл. Объемная плотность энергии составила более 20 Вт·ч/л. [54] Антрахинон-2-сульфоновая кислота и антрахинон-2,6-дисульфоновая кислота на отрицательной стороне и 1,2-дигидробензохинон-3,5-дисульфоновая кислота на положительной стороне позволяют избежать использования опасного Br 2 . Было заявлено, что батарея выдерживает 1000 циклов без деградации. [55] Она имеет низкое напряжение ячейки (около 0,55  В) и низкую плотность энергии (< 4  Вт·ч/л).

Замена бромистоводородной кислоты на менее токсичный щелочной раствор (1  М KOH ) и ферроцианид [56] была менее едкой, что позволило использовать недорогие полимерные резервуары. Возросшее электрическое сопротивление в мембране компенсировалось увеличением напряжения до 1,2  В. [57] [58] Эффективность ячейки превысила 99%, а эффективность кругового цикла составила 84%. Ожидаемый срок службы батареи составлял не менее 1000 циклов. Теоретическая плотность энергии составляла 19  Вт·ч/л. [59] Химическая стабильность ферроцианида в растворе KOH с высоким pH не была проверена.

Интеграция анолита и католита в одну и ту же молекулу, т. е. бифункциональные аналиты [60] или комбимолекулы [61] позволяют использовать один и тот же материал в обоих резервуарах. В одном резервуаре он является донором электронов, а в другом — реципиентом электронов. Это имеет такие преимущества, как уменьшение перекрестных эффектов. [62] Таким образом, молекулы хинона диаминоантрахинона [62] и индиго [60] , а также ТЕМПО/ феназин [61] являются потенциальными электролитами для таких симметричных окислительно-восстановительных проточных батарей (SRFB).

Другой подход принял радикал Блаттера в качестве донора/реципиента. Он выдержал 275 циклов заряда и разряда в тестах, хотя он не был водорастворимым. [63]

Щелочной

Молекулы хинона и флуоренона могут быть перепроектированы для повышения растворимости в воде. В 2021 году демонстрационная ячейка обратимой (де)гидрогенизации кетона работала непрерывно в течение 120 дней в течение 1111 циклов зарядки при комнатной температуре без катализатора, сохраняя 97% емкости. Ячейка обеспечивала более чем вдвое большую плотность энергии, чем системы на основе ванадия. [64] [65] Основной проблемой было отсутствие стабильного католита, удерживающего плотность энергии ниже 5 Вт·ч/л. Щелочные AORFB используют избыточный католит ферроцианида калия из-за проблемы стабильности ферроцианида в щелочных растворах.

Металлоорганические проточные батареи используют органические лиганды для улучшения окислительно-восстановительных свойств. Лиганды могут быть хелатами, такими как ЭДТА , и могут позволить электролиту находиться в нейтральных или щелочных условиях, при которых в противном случае осаждались бы металлические аквакомплексы . Блокируя координацию воды с металлом, органические лиганды могут ингибировать катализируемые металлом реакции расщепления воды , что приводит к более высокому напряжению водных систем. Например, использование хрома , координированного с 1,3-пропандиаминтетраацетатом (PDTA), дало потенциалы ячейки 1,62 В по сравнению с ферроцианидом и рекордные 2,13 В по сравнению с бромом . [66] Металлоорганические проточные батареи могут быть известны как проточные батареи координационной химии, такие как технология Gridstar Flow компании Lockheed Martin . [67]

Олигомер

Олигомерные редокс-виды были предложены для снижения кроссинговера, при этом позволяя использовать недорогие мембраны. Такие редокс-активные олигомеры известны как редоксимеры. Одна система использует органические полимеры и солевой раствор с целлюлозной мембраной. Прототип прошел 10 000 циклов зарядки, сохранив при этом значительную емкость. Плотность энергии составила 10 Вт·ч/л. [68] Плотность тока достигла 1 ампер/см 2 . [69]

Другой олигомерный RFB использовал виологен и редоксимеры TEMPO в сочетании с недорогими диализными мембранами. Функционализированные макромолекулы (похожие на акриловое стекло или пенополистирол ), растворенные в воде, были активным электродным материалом. Селективная по размеру нанопористая мембрана работала как фильтр и изготавливалась гораздо проще и дешевле, чем обычные ион-селективные мембраны. Она блокирует большие молекулы полимера, похожие на «спагетти», при этом пропуская небольшие противоионы. [70] Концепция может решить проблему высокой стоимости традиционной мембраны Nafion . RFB с олигомерными редокс-видами не продемонстрировали конкурентоспособной мощности, специфичной для определенной области. Низкая рабочая плотность тока может быть неотъемлемой чертой больших редокс-молекул. [ необходима цитата ]

Другие типы

Другие батареи проточного типа включают цинк-цериевую батарею , цинк-бромную батарею и водородно-бромную батарею .

Безмембранный

Безмембранная батарея [71] основана на ламинарном потоке , в котором две жидкости прокачиваются через канал, где они подвергаются электрохимическим реакциям для хранения или высвобождения энергии. Растворы проходят параллельно, с небольшим смешиванием. Поток естественным образом разделяет жидкости, не требуя мембраны. [72]

Мембраны часто являются наиболее дорогостоящими и наименее надежными компонентами батареи, поскольку они подвержены коррозии при многократном воздействии определенных реагентов. Отсутствие мембраны позволяет использовать жидкий раствор брома и водород: эта комбинация проблематична при использовании мембран, поскольку они образуют бромистоводородную кислоту , которая может разрушить мембрану. Оба материала доступны по низкой цене. [73] Конструкция использует небольшой канал между двумя электродами. Жидкий бром протекает через канал над графитовым катодом, а бромистоводородная кислота протекает под пористым анодом. В то же время газообразный водород протекает через анод. Химическую реакцию можно обратить вспять, чтобы перезарядить батарею — впервые для конструкции без мембраны. [73] Одна такая проточная батарея без мембраны, анонсированная в августе 2013 года, производила максимальную плотность мощности 795 кВт/см2 , что в три раза больше, чем у других систем без мембраны, и на порядок выше, чем у литий-ионных батарей. [73]

В 2018 году была продемонстрирована макромасштабная безмембранная RFB, способная к перезарядке и рециркуляции потоков электролита. Батарея была основана на несмешивающихся органических католитных и водных анолитных жидкостях, которые показали высокое сохранение емкости и кулоновскую эффективность во время циклирования. [74]

На основе суспензии

Полутвердый проточный аккумулятор [75]

Система литий-сера, организованная в сеть наночастиц, устраняет необходимость перемещения заряда внутрь и наружу частиц, которые находятся в прямом контакте с проводящей пластиной. Вместо этого сеть наночастиц позволяет электричеству течь по всей жидкости. Это позволяет извлекать больше энергии. [76]

В полутвердой проточной батарее положительные и отрицательные частицы электродов взвешены в жидкости-носителе. Суспензии протекают через стопку реакционных камер, разделенных барьером, таким как тонкая пористая мембрана. Подход объединяет базовую структуру водных проточных батарей, которые используют электродный материал, взвешенный в жидком электролите, с химией литий-ионных батарей как в безуглеродных суспензиях, так и в суспензиях с проводящей углеродной сетью. [1] [77] [78] Безуглеродные полутвердые RFB также называют твердодисперсными окислительно-восстановительными проточными батареями . [79] Растворение материала значительно изменяет его химическое поведение. Однако взвешивание кусочков твердого материала сохраняет характеристики твердого вещества. Результатом является вязкая суспензия. [80]

В 2022 году компания Influit Energy анонсировала электролит для проточной батареи, состоящий из оксида металла, взвешенного в водном растворе. [81] [82]

Проточные батареи с окислительно-восстановительными твердыми веществами (ROTS), также известные как твердые энергетические усилители (SEB) [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] либо посолит, либо неголит, либо оба (они же окислительно-восстановительные жидкости) контактируют с одним или несколькими твердыми электроактивными материалами (SEM). Жидкости содержат одну или несколько окислительно-восстановительных пар с окислительно-восстановительными потенциалами, расположенными по бокам окислительно-восстановительного потенциала SEM. Такие SEB/RFB сочетают в себе высокое удельное энергетическое преимущество обычных батарей (например, литий-ионных ) с разделенным энергетическим преимуществом проточных батарей. SEB(ROTS) RFB имеют преимущества по сравнению с полутвердыми RFB, такие как отсутствие необходимости перекачивать вязкие суспензии, отсутствие осаждения/засорения, более высокая удельная мощность, более длительный срок службы и более широкое химическое пространство проектирования. Однако из-за двойных потерь энергии (одна в стеке и другая в резервуаре между SEB(ROTS) и посредником) такие батареи страдают от низкой энергоэффективности. На системном уровне практическая удельная энергия традиционных литий-ионных батарей больше, чем у версий литий-ионных батарей с потоком SEB(ROTS) . [90]

Сравнение

Сравнение составов проточных батарей
ПараМакс. напряжение ячейки (В)Средняя плотность мощности электрода (Вт/м 2 )Средняя плотность энергии жидкостиЦиклы
Водород – бромат лития1.115000750  Вт·ч/кг
Водород – хлорат лития1.410,0001400  Вт·ч/кг
Бром – водород1.077,950
Железо– олово0,62< 200
Железо– титан0,43< 200
Железо– хром1.07< 200
Железо–железо1.21< 100020  Вт·ч/л10,000
Органический (2013)0.813,00021,4  Вт·ч/л10
Органический (2015)1.27,1  Вт·ч/л100
МВ-ТЕМП1.258,4  Вт·ч/л100
Сульфонат виологен (NH4)4[Fe(CN)6]0.9> 50010 Вт·ч/л1000
Металлоорганические – ферроцианид [66]1.62200021,7  Вт·ч/л75
Металлоорганические – бром [66]2.13300035  Вт·ч/л10
Ванадий–ванадий (сульфат)1.4~80025  Вт·ч/л
Ванадий–ванадий (бромид)50  Вт·ч/л2000 [91]
Полисульфид натрия-брома1.54~800
Натрий-калий [92]
Серно-кислородная соль [93]
Цинк–бром1.85~100075  Вт·ч/кг> 2000
Свинцово-кислотный (метансульфонат)1.82~1000
Цинк-церий (метансульфонат)2.43< 1200–2500
Zn-Mn(VI)/Mn(VII)1.260  Вт·ч/л [38]

Приложения

Технические достоинства делают окислительно-восстановительные проточные батареи хорошо подходящими для крупномасштабного хранения энергии. Проточные батареи обычно рассматриваются для относительно больших (1 кВт·ч – 10 МВт·ч) стационарных приложений с многочасовыми циклами заряда-разряда. [94] Проточные батареи не являются экономически эффективными для более коротких периодов заряда/разряда. Рыночные ниши включают:

  • Сетевое хранение — краткосрочное и/или долгосрочное хранение энергии для использования в сети.
    • Балансировка нагрузки – аккумулятор подключается к сети для хранения энергии в часы пониженной нагрузки и ее выдачи в периоды пикового спроса. Распространенной проблемой, ограничивающей использование большинства химических составов проточных аккумуляторов, является их низкая поверхностная мощность (плотность рабочего тока), что приводит к высокой стоимости.
    • Переключение энергии из непостоянных источников, таких как ветер или солнце, на использование в периоды пикового спроса. [95]
    • Сглаживание пиков, когда пики спроса удовлетворяются за счет аккумулятора. [96] [ необходим лучший источник ]
  • ИБП , в котором аккумуляторная батарея используется в случае, если основное электропитание не обеспечивает бесперебойного питания.
  • Преобразование мощности – Поскольку все ячейки имеют один и тот же электролит(ы), электролиты могут заряжаться с использованием заданного количества ячеек и разряжаться с использованием другого количества. Поскольку напряжение батареи пропорционально количеству используемых ячеек, батарея может действовать как мощный преобразователь постоянного тока в постоянный . Кроме того, если количество ячеек непрерывно изменяется (на входе и/или выходе), преобразование мощности может также быть переменным током в постоянный ток, переменным током в переменный ток или постоянным током в переменный ток с частотой, ограниченной частотой коммутационного механизма. [97]
  • Электромобили – Поскольку проточные батареи можно быстро «перезаряжать» путем замены электролита, их можно использовать в приложениях, где транспортное средство должно получать энергию так же быстро, как и газовое транспортное средство. [98] [99] Распространенной проблемой большинства RFB-химий в приложениях EV является их низкая плотность энергии, что приводит к короткому запасу хода. Цинк-хлорные батареи [100] и батареи с высокорастворимыми галатами являются заметным исключением. [101] [ требуется лучший источник ]
  • Автономная система питания – Примером этого являются базовые станции сотовой связи, где нет сетевого питания. Аккумулятор может использоваться вместе с солнечными или ветровыми источниками энергии для компенсации их колеблющихся уровней мощности и вместе с генератором для экономии топлива. [102] [103] [ требуется лучший источник ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (12 мая 2017 г.). «Обзорная статья: Системы проточных батарей с твердыми электроактивными материалами». Журнал вакуумной науки и технологии B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Bibcode : 2017JVSTB..35d0801Q. doi : 10.1116/1.4983210 . ISSN  2166-2746.
  2. ^ Badwal, Sukhvinder PS; Giddey, Sarbjit S.; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I.; Hollenkamp, ​​Anthony F. (24 сентября 2014 г.). "Развивающиеся электрохимические технологии преобразования и хранения энергии". Frontiers in Chemistry . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B. doi : 10.3389/fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID  25309898. 
  3. ^ Alotto, P.; Guarnieri, M.; Moro, F. (2014). «Редокс-проточные батареи для хранения возобновляемой энергии: обзор». Renewable & Sustainable Energy Reviews . 29 : 325–335 . Bibcode : 2014RSERv..29..325A. doi : 10.1016/j.rser.2013.08.001. hdl : 11577/2682306 .
  4. ^ Ху, Б.; Луо, Дж.; ДеБрулер К.; Ху, М.; У, В.; Лю, Т. Л. (2019). Редокс-активные неорганические материалы для редокс-проточных батарей в Энциклопедии неорганической и бионеорганической химии: неорганические материалы для батарей . стр.  1–25 .
  5. ^ Luo, J.; Hu, B.; Hu, M.; Liu, TL (13 сентября 2019 г.). «Состояние и перспективы органических окислительно-восстановительных проточных батарей в направлении возобновляемого хранения энергии». ACS Energy Lett . 2019, 4 (9): 2220– 2240. doi :10.1021/acsenergylett.9b01332. S2CID  202210484.
  6. ^ Кларк, Эллиот (17 ноября 2023 г.). «Что такое календарная жизнь?». Теория энергии . Получено 3 мая 2024 г.
  7. ^ Юрий В. Толмачев; Светлана В. Стародубцева (2022). «Проточные батареи с твердотельными ускорителями энергии». Электрохимическая наука и техника . 12 (4): 731– 766. doi : 10.5599/jese.1363 .
  8. ^ ab Толмачев, Юрий В. (1 марта 2023 г.). «Обзор — Проточные батареи с 1879 по 2022 год и далее». Журнал Электрохимического общества . 170 (3): 030505. Bibcode : 2023JElS..170c0505T. doi : 10.1149/1945-7111/acb8de. ISSN  0013-4651.
  9. ^ Amato, CJ (1 февраля 1973 г.). «Цинк-хлоридная батарея — недостающее звено на пути к практическому электромобилю». Серия технических документов SAE (отчет). Том 1. doi :10.4271/730248.
  10. ^ W. Kangro Dr, 1949.; W. Kangro Dr, 1954.; W. Kangro и H. Pieper, Electrochim Acta, 7 (4), 435-448 (1962)
  11. ^ ER Sum, M.; Skyllas-Kazacos, M., J Power Sources, 16 (2), 85-95 (1985); ES-K. Sum, M., J Power Sources, 15 (2-3), 179-190 (1985); M. Rychcik и M. Skyllas-Kazacos, J Power Sources, 19 (1), 45-54 (1987); M. Rychcik и M. Skyllas-Kazacos, J Power Sources, 22 (1), 59-67 (1988)
  12. ^ Кир, Гарет; Шах, Акил А.; Уолш, Фрэнк К. (сентябрь 2012 г.). «Разработка полностью ванадиевой редокс-проточной батареи для хранения энергии: обзор технологических, финансовых и политических аспектов: Полностью ванадиевая редокс-проточная батарея для хранения энергии». Международный журнал энергетических исследований . 36 (11): 1105– 1120. doi :10.1002/er.1863.
  13. ^ ab Kwabi, David G.; Ji, Yunlong; Aziz, Michael J. (22 июля 2020 г.). «Срок службы электролита в проточных окислительно-восстановительных батареях на водной основе: критический обзор». Chemical Reviews . 120 (14): 6467– 6489. doi : 10.1021/acs.chemrev.9b00599. ISSN  0009-2665. OSTI  1799071. PMID  32053366.
  14. ^ "Самая большая в мире проточная батарея подключена к сети в Китае". New Atlas . 3 октября 2022 г. Получено 12 октября 2022 г.
  15. ^ Риверо, Николас; Райт, Эмили (26 ноября 2024 г.). «Эти батареи могли бы использовать ветер и солнце, чтобы заменить уголь и газ». washingtonpost.com .
  16. ^ Science-Dictionary.org. "Электроактивное вещество. Архивировано 27 августа 2013 г. на Wayback Machine " 14 мая 2013 г.
  17. ^ Патент Японии S5671271A, Фудзи, Тосинобу; Хиросе, Такаши и Кондоу, Наоки, «Металлогалогеновая вторичная батарея», опубликовано 1981-06-13, передано Meidensha Electric Mfg. Co. Ltd. 
  18. ^ Аарон, Дуглас (2013). «Исследования кинетики in situ в полностью ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батареях». ECS Electrochemistry Letters . 2 (3): A29 – A31 . doi :10.1149/2.001303eel.
  19. ^ МакКрири, Ричард Л. (июль 2008 г.). «Усовершенствованные углеродные электродные материалы для молекулярной электрохимии». Chemical Reviews . 108 (7): 2646– 2687. doi :10.1021/cr068076m. ISSN  0009-2665. PMID  18557655.
  20. ^ Аренас, Л. Ф.; Понсе де Леон, К.; Уолш, ФК (июнь 2017 г.). «Инженерные аспекты проектирования, строительства и производительности модульных окислительно-восстановительных проточных батарей для хранения энергии» (PDF) . Журнал хранения энергии . 11 : 119– 153. Bibcode :2017JEnSt..11..119A. doi :10.1016/j.est.2017.02.007.
  21. ^ Толмачев, Юрий (10 января 2023 г.). «Проточные батареи с 1879 по 2022 год и далее». Кейос . дои : 10.32388/G6G4EA.3.
  22. ^ Сюй, К.; Джи, Ю.Н.; Цинь, Линия; Люнг, ПК; Цяо, Ф.; Ли, Ю.С.; Су, Х.Н. (2018). "«Оценка окислительно-восстановительных проточных батарей выходит за рамки круговой эффективности: технический обзор»". Журнал хранения энергии . 16 : 108– 116. Bibcode :2018JEnSt..16..108X. doi :10.1016/j.est.2018.01.005.
  23. ^ Чо, Кю Тэк; Такер, Майкл С.; Динг, Маркус; Риджуэй, Пол; Батталья, Винсент С.; Шринивасан, Венкат; Вебер, Адам З. (2015). «Анализ циклической производительности водородно-бромных проточных батарей для хранения энергии в масштабе сети». ChemPlusChem . 80 (2): 402– 411. doi :10.1002/cplu.201402043. S2CID  97168677.
  24. ^ Ю; Толмачев, В. (2013). «Водородно-галогеновые электрохимические ячейки: обзор приложений и технологий». Российский журнал электрохимии . 50 (4): 301– 316. doi :10.1134/S1023193513120069. S2CID  97464125.
  25. ^ Толмачев, Юрий В. (2015). «Энергетический цикл на основе высокоудельной проточной батареи с водным электролитом и ее потенциальное использование для полностью электрических транспортных средств и для прямого преобразования солнечной энергии в химическую». Журнал твердотельной электрохимии . 19 (9): 2711– 2722. doi :10.1007/s10008-015-2805-z. S2CID  97853351.
  26. ^ Линден, Д.; Редди, ТБ (2002). Справочник по батареям (ред.). McGraw-Hill.
  27. ^ Сан, Чуаньюй; Чжан, Хуань (10 января 2022 г.). «Обзор разработки проточных окислительно-восстановительных батарей первого поколения: железо-хромовая система». ChemSusChem . 15 (1): e202101798. Bibcode :2022ChSCh..15E1798S. doi :10.1002/cssc.202101798. ISSN  1864-5631. PMID  34724346.
  28. ^ Сиокава, Ю.; Ямана, Х.; Морияма, Х. (2000). «Применение актинидных элементов для проточной окислительно-восстановительной батареи». Журнал ядерной науки и технологий . 37 (3): 253–256 . Бибкод : 2000JNST...37..253S. дои : 10.1080/18811248.2000.9714891. S2CID  97891309.
  29. ↑ Патент США 567959, Борчерс, Уильям, «Процесс преобразования химической энергии топлива в электрическую энергию», опубликован 22 сентября 1896 г. 
  30. ^ Патент DE 264026, Нернст, Вальтер , «Brennstoffelement mit unangreifbaren Elektroden [Топливный элемент с неприступными электродами]», опубликовано 15 июня 1912 г. 
  31. ↑ Патент США 3682704, Кифер, Ричард Маккей, «Регенерированный с помощью сахара топливный элемент редокс», опубликован 08.08.1972, передан Electrocell Ltd. 
  32. ^ Куммер, Дж. Т.; Оэй, Д. -Г. (1985). «Химически регенеративный окислительно-восстановительный топливный элемент. II». Журнал прикладной электрохимии . 15 (4): 619– 629. doi :10.1007/BF01059304. S2CID  96195780.
  33. ^ Спаньуоло, Г.; Петроне, Г.; Маттавелли, П.; Гварниери, М. (2016). «Ванадий-окислительно-восстановительные проточные батареи: потенциал и проблемы новой технологии хранения». Журнал промышленной электроники IEEE . 10 (4): 20–31 . doi :10.1109/MIE.2016.2611760. HDL : 11577/3217695 . S2CID  28206437.
  34. ^ Бартолоцци, М. (1989). «Разработка окислительно-восстановительных проточных батарей. Историческая библиография». Журнал источников питания . 27 (3): 219– 234. Bibcode : 1989JPS....27..219B. doi : 10.1016/0378-7753(89)80037-0.
  35. ^ Leung, PK; Ponce-De-León, C.; Low, CTJ; Shah, AA; Walsh, FC (2011). «Характеристика проточной цинк-цериевой батареи». Journal of Power Sources . 196 (11): 5174– 5185. Bibcode : 2011JPS...196.5174L. doi : 10.1016/j.jpowsour.2011.01.095.
  36. ^ Кришна, М.; Фрейзер, Э.Дж.; Уиллс, Р.Г.А.; Уолш, ФК (1 февраля 2018 г.). «Разработки в области растворимых свинцовых проточных батарей и оставшиеся проблемы: иллюстрированный обзор». Журнал хранения энергии . 15 : 69–90 . Bibcode : 2018JEnSt..15...69K. doi : 10.1016/j.est.2017.10.020 . ISSN  2352-152X.
  37. ^ Вэн, Го-Мин; Ли, Чи-Ин Ванесса; Чан, Квонг-Ю; Ли, Чеук-Винг; Чжун, Цзинь (2016). «Исследования высоковольтной ванадиевой металлогидридной проточной батареи в направлении хранения шкалы кВт·ч с электродами площадью 100 см²». Журнал электрохимического общества . 163 (1): A5180 – A5187 . doi :10.1149/2.0271601jes. ISSN  0013-4651.
  38. ^ ab Colli, Alejandro N.; Peljo, Pekka; Girault, Hubert H. (2016). "Высокоэнергетическая окислительно-восстановительная пара MnO4−/MnO42− для щелочных окислительно-восстановительных проточных батарей" (PDF) . Chemical Communications . 52 (97): 14039– 14042. doi :10.1039/C6CC08070G. PMID  27853767.
  39. ^ Боргино, Дарио (27 февраля 2015 г.). «Высокопроизводительная проточная батарея может составить конкуренцию литий-ионным батареям для электромобилей и сетевых накопителей». Gizmag.
  40. ^ Уайт, Фрэнсис (25 февраля 2015 г.). «Новая проточная батарея сделает большие города освещенными, зелеными и безопасными». НИОКР.
  41. ^ Вэн, Го-Мин (2017). «Раскрытие потенциала йодида для высокоэнергетических цинк/полийодидных и литий/полийодидных редокс-проточных батарей». Энергетика и экологическая наука . 10 (3): 735– 741. doi :10.1039/C6EE03554J.
  42. ^ "Проточная батарея протонов упрощает водородную энергетику". Gizmag.com. 13 февраля 2014 г. Получено 13 февраля 2014 г.
  43. ^ Эндрюс, Дж.; Сейф Мохаммади, С. (2014). «На пути к «батарее протонного потока»: исследование обратимого топливного элемента PEM с интегрированным хранилищем водорода на основе металл-гидрида». Международный журнал водородной энергетики . 39 (4): 1740–1751 . Bibcode : 2014IJHE...39.1740A. doi : 10.1016/j.ijhydene.2013.11.010.
  44. ^ Брушетт, Фикиле; Воги, Джон; Янсен, Эндрю (2012). «Полностью органическая неводная литий-ионная окислительно-восстановительная проточная батарея». Advanced Functional Materials . 2 (11): 1390– 1396. Bibcode : 2012AdEnM...2.1390B. doi : 10.1002/aenm.201200322. S2CID  97300070.
  45. ^ Bamgbopa, Musbaudeen O.; Shao-Horn, Yang ; Almheiri, Saif (2017). «Потенциал неводных окислительно-восстановительных проточных батарей как решений для хранения энергии с возможностью быстрой зарядки: демонстрация с использованием химии ацетилацетоната железа и хрома». Journal of Materials Chemistry A. 5 ( 26): 13457– 13468. doi : 10.1039/c7ta02022h. ISSN  2050-7488.
  46. ^ Luo, J.; Sam, A.; Hu, B.; DeBruler C.; Liu, TL (2017). «Раскрытие зависимости стабильности феррицианида/ферроцианида от цикла в окислительно-восстановительных проточных батареях в зависимости от pH». Nano Energy . 2017, 42: 215–221 . Bibcode : 2017NEne...42..215L. doi : 10.1016/j.nanoen.2017.10.057.
  47. ^ Мосс, Ричард (22 декабря 2015 г.). «Прогнозируется, что новая проточная батарея будет стоить на 60% меньше существующей стандартной». www.gizmag.com . Получено 23 декабря 2015 г.
  48. ^ Лю, Тяньбяо; Вэй, Сяолян; Ни, Зиминь; Шпренкле, Винсент; Ван, Вэй (1 ноября 2015 г.). «Полностью органическая водный окислительно-восстановительный проточный аккумулятор, использующий недорогой и устойчивый анолит метилвиологена и католит 4-HO-TEMPO». Advanced Energy Materials . 6 (3): 1501449. doi :10.1002/aenm.201501449. ISSN  1614-6840. S2CID  97838438.
  49. ^ Луо, Дж.; Центр.; ДеБрулер К.; Чжао, Ю.; Юань Б.; Ху, М.; Ву, В.; Лю, ТЛ (2019). «Беспрецедентная емкость и стабильность католита ферроцианида аммония в проточных батареях с нейтральным pH и водным окислительно-восстановительным потенциалом». Джоуль . 4 (1): 149–163 . Бибкод : 2019Джоуль...3..149Л. дои : 10.1016/j.joule.2018.10.010.
  50. ^ Gong, K; Fang, Q; Gu, S; Li, FSY; Yan, Y (2015). «Неводные окислительно-восстановительные батареи: органические растворители, поддерживающие электролиты и окислительно-восстановительные пары». Энергетика и наука об окружающей среде . 8 (12): 3515– 3530. doi : 10.1039/C5EE02341F .
  51. ^ Сюй, Янь; Вэнь, Юэхуа; Чэн, Цзе; Янга, Юшэн; Се, Цзили; Цао, Гаопин (сентябрь 2009 г.). «Новые органические окислительно-восстановительные проточные батареи с использованием растворимых хиноидных соединений в качестве положительных материалов». Всемирная конференция по неэлектрифицированной ветроэнергетике и энергетике 2009 г. IEEE. стр.  1– 4. doi :10.1109/wnwec.2009.5335870. ISBN 978-1-4244-4702-2.
  52. ^ Сюй, Янь; Вэнь, Юэ-Хуа; Чэн, Цзе; Цао, Гао-Пин; Ян, Ю-Шэн (2010). «Исследование тирона в водных растворах для применения в окислительно-восстановительных проточных батареях». Electrochimica Acta . 55 (3): 715– 720. doi :10.1016/j.electacta.2009.09.031. ISSN  0013-4686.
  53. ^ WALD, MATTHEW L. (8 января 2014 г.). «From Harvard, a Cheaper Storage Battery» (Из Гарварда, более дешевая аккумуляторная батарея). New York Times . Получено 10 января 2014 г.
  54. ^ «Гарвардская команда демонстрирует новую органико-неорганическую батарею с водным потоком, не содержащую металлов; потенциальный прорыв для недорогих сетевых хранилищ». 11 января 2014 г.
  55. ^ Зонди, Дэвид (29 июня 2014 г.). «Новая органическая батарея на водной основе дешева, перезаряжаема и экологична». Gizmag.
  56. ^ «Перезаряжаемая батарея для питания дома от солнечных панелей на крыше». phys.org .
  57. ^ Мэтью Гантер, ChemistryWorld. «Проточная батарея может сгладить нерегулярные поставки ветровой и солнечной энергии». Scientific American .
  58. ^ Линь, Кайсян; Чен, Цин; Герхардт, Майкл Р.; Тонг, Лючуань; Ким, Сан Бок; Эйзенах, Луиза; Валле, Альваро В.; Харди, Дэвид; Гордон, Рой Г.; Азиз, Майкл Дж.; Маршак, Михаил П. (25 сентября 2015 г.). «Щелочно-хиноновая проточная батарея». Наука . 349 (6255): 1529–1532 . Бибкод : 2015Sci...349.1529L. doi : 10.1126/science.aab3033. ISSN  0036-8075. ПМИД  26404834.
  59. ^ Боргино, Дарио (30 сентября 2015 г.). «Более экологичная и безопасная проточная батарея может хранить возобновляемую энергию по низкой цене». www.gizmag.com . Получено 8 декабря 2015 г.
  60. ^ ab Карретеро-Гонсалес, Хавьер; Кастильо-Мартинес, Элизабет; Арманд, Мишель (2016). «Высокорастворимые в воде органические красители с тремя окислительно-восстановительными состояниями как бифункциональные аналиты». Энергетика и наука об окружающей среде . 9 (11): 3521– 3530. doi :10.1039/C6EE01883A. ISSN  1754-5692.
  61. ^ ab Winsberg, Jan; Stolze, Christian; Muench, Simon; Liedl, Ferenc; Hager, Martin D.; Schubert, Ulrich S. (11 ноября 2016 г.). "TEMPO/Phenazine Combi-Molecule: A Redox-Active Material for Symmetric Aqueous Redox-Flow Batteries". ACS Energy Letters . 1 (5): 976– 980. doi :10.1021/acsenergylett.6b00413. ISSN  2380-8195.
  62. ^ ab Potash, Rebecca A.; McKone, James R.; Conte, Sean; Abruña, Héctor D. (2016). «О преимуществах симметричной окислительно-восстановительной проточной батареи». Журнал электрохимического общества . 163 (3): A338 – A344 . doi : 10.1149/2.0971602jes . ISSN  0013-4651. OSTI  1370440. S2CID  101469730.
  63. ^ Лаварс, Ник (17 марта 2022 г.). «Симметричная проточная батарея может обеспечить правильный баланс для хранения в масштабе сетки». Новый Атлас . Получено 18 марта 2022 г.
  64. ^ Лаварс, Ник (21 мая 2021 г.). «Свечной компаунд обеспечивает высокую плотность для технологии батарей в масштабе сетки». Новый Атлас . Получено 26 мая 2021 г.
  65. ^ Фэн, Жочжу; Чжан, Синь; Муругесан, Виджаякумар; Холлас, Аарон; Чен, Ин; Шао, Юянь; Уолтер, Эрик; Веллала, Надиша П.Н.; Ян, Литао; Россо, Кевин М.; Ван, Вэй (21 мая 2021 г.). «Обратимое гидрирование и дегидрирование кетонов для проточных водно-органических окислительно-восстановительных батарей». Наука . 372 (6544): 836–840 . Бибкод : 2021Sci...372..836F. doi : 10.1126/science.abd9795. ISSN  0036-8075. PMID  34016776. S2CID  234794555.
  66. ^ abc Робб, Брайан Х.; Фаррелл, Джейсон М.; Маршак, Майкл П. (2019). «Хелатированный хромовый электролит, обеспечивающий создание высоковольтных проточных батарей на водной основе». Джоуль . 3 (10): 2503–2512 . Bibcode : 2019Joule...3.2503R. doi : 10.1016/j.joule.2019.07.002 .
  67. ^ "Хранение энергии: GridStar Flow". Lockheed Martin . Получено 27 июля 2020 г. .
  68. ^ «Химики представляют инновационную окислительно-восстановительную батарею на основе органических полимеров и воды». phys.org . 21 октября 2015 г. Получено 6 декабря 2015 г.
  69. ^ Яночка, Тобиас; Мартин, Норберт; Мартин, Удо; Фрибе, Кристиан; Моргенштерн, Сабина; Хиллер, Ханнес; Хагер, Мартин Д.; Шуберт, Ульрих С. ​​(2015). «Водная окислительно-восстановительная батарея на полимерной основе с использованием некоррозионных, безопасных и недорогих материалов». Природа . 527 (7576): 78–81 . Бибкод : 2015Natur.527...78J. дои : 10.1038/nature15746. PMID  26503039. S2CID  4393601.
  70. ^ Яночка, Тобиас; Мартин, Норберт; Мартин, Удо; Фрибе, Кристиан; Моргенштерн, Сабина; Хиллер, Ханнес; Хагер, Мартин Д.; Шуберт, Ульрих С. ​​(2015). «Водная окислительно-восстановительная батарея на полимерной основе с использованием некоррозионных, безопасных и недорогих материалов». Природа . 527 (7576): 78–81 . Бибкод : 2015Natur.527...78J. дои : 10.1038/nature15746. PMID  26503039. S2CID  4393601.
  71. ^ Bamgbopa, Musbaudeen O.; Almheiri, Saif; Sun, Hong (2017). «Перспективы недавно разработанных конструкций безмембранных ячеек для проточных окислительно-восстановительных батарей». Renewable and Sustainable Energy Reviews . 70 : 506–518 . Bibcode : 2017RSERv..70..506B. doi : 10.1016/j.rser.2016.11.234. ISSN  1364-0321.
  72. ^ Брафф, Уильям А.; Базант, Мартин З.; Буйе, Каллен Р. (2013). «Новая перезаряжаемая проточная батарея позволяет создать более дешевое крупномасштабное хранилище энергии». Nature Communications . 4 : 2346. arXiv : 1404.0917 . Bibcode : 2013NatCo...4.2346B. doi : 10.1038/ncomms3346. PMID  23949161. S2CID  14719469. Получено 20 августа 2013 г.
  73. ^ abc Braff, WA; Bazant, MZ; Buie, CR (2013). "Безмембранная водородно-бромная проточная батарея". Nature Communications . 4 : 2346. arXiv : 1404.0917 . Bibcode : 2013NatCo...4.2346B. doi : 10.1038/ncomms3346. PMID  23949161. S2CID  14719469.
  74. ^ Бамгбопа, Мусбаудин О.; Шао-Хорн, Ян ; Хашайке, Раед; Альмхейри, Саиф (2018). «Циклируемые безмембранные проточные окислительно-восстановительные батареи на основе несмешивающихся жидких электролитов: демонстрация окислительно-восстановительной химии, состоящей из всего железа». Электрохимика Акта . 267 : 41–50 . doi :10.1016/j.electacta.2018.02.063. ISSN  0013-4686.
  75. ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. (2017). «Обзорная статья: Системы проточных батарей с твердыми электроактивными материалами». Журнал вакуумной науки и технологии B, Нанотехнологии и микроэлектроника: материалы, обработка, измерения и явления . 35 (4): 040801. Bibcode : 2017JVSTB..35d0801Q. doi : 10.1116/1.4983210 . ISSN  2166-2746.
  76. ^ Кевин Буллис (24 апреля 2014 г.). «Сети наночастиц обещают более дешевые батареи для хранения возобновляемой энергии». MIT Technology Review . Получено 24 сентября 2014 г.
  77. ^ Дудута, Михай (май 2011 г.). «Полутвёрдая литиевая перезаряжаемая проточная батарея». Advanced Energy Materials . 1 (4): 511– 516. Bibcode : 2011AdEnM...1..511D. doi : 10.1002/aenm.201100152. S2CID  97634258.
  78. ^ Ци, Чжаосян; Кёниг-младший, Гэри М. (15 августа 2016 г.). «Литий-ионная твердая дисперсионная редокс-пара без углерода с низкой вязкостью для проточных редокс-батарей». Журнал источников питания . 323 : 97–106 . Bibcode : 2016JPS...323...97Q. doi : 10.1016/j.jpowsour.2016.05.033 .
  79. ^ Ци, Чжаосян; Лю, Аарон Л.; Кениг-младший, Гэри М. (20 февраля 2017 г.). «Характеристика окислительно-восстановительной пары твердой дисперсии LiCoO2 без углерода и электрохимическая оценка для всех проточных окислительно-восстановительных батарей с твердой дисперсией». Electrochimica Acta . 228 : 91–99 . doi :10.1016/j.electacta.2017.01.061.
  80. ^ Чандлер, Дэвид Л. (23 августа 2011 г.). «Go with the Flow – Cambridge Crude». Обзор технологий .
  81. ^ Darpa Nanoelectrofuel Flow Battery, 18 марта 2022 г. , получено 9 августа 2022 г.
  82. ^ Блейн, Лоз (9 августа 2022 г.). «Influit переходит к коммерциализации своих жидких аккумуляторов сверхвысокой плотности». New Atlas . Получено 9 августа 2022 г. .
  83. ^ Янь, Руитинг; Ван, Цин (ноябрь 2018 г.). «Проточные батареи на основе окислительно-восстановительного нацеливания для крупномасштабного хранения энергии». Advanced Materials . 30 (47): e1802406. Bibcode :2018AdM....3002406Y. doi :10.1002/adma.201802406. ISSN  0935-9648. PMID  30118550.
  84. ^ Ye, Jiaye; Xia, Lu; Wu, Chun; Ding, Mei; Jia, Chuankun; Wang, Qing (30 октября 2019 г.). «Проточные батареи на основе окислительно-восстановительного таргетинга». Journal of Physics D: Applied Physics . 52 (44): 443001. Bibcode :2019JPhD...52R3001Y. doi :10.1088/1361-6463/ab3251. ISSN  0022-3727.
  85. ^ Ли, Сяньфэн (сентябрь 2019 г.). «Redox Targeting Improves Flow Batteries». Джоуль . 3 (9): 2066–2067 . Bibcode : 2019Joule...3.2066L. doi : 10.1016/j.joule.2019.08.020.
  86. ^ Чжоу, Минюэ; Чэнь, Янь; Салла, Манохар; Чжан, Ханг; Ван, Сюнь; Мотхе, Шриниваса Редди; Ван, Цин (17 августа 2020 г.). «Реакции направленного окислительно-восстановительного воздействия на отдельные молекулы для проточной батареи с нейтральным pH». Angewandte Chemie International Edition . 59 (34): 14286– 14291. doi : 10.1002/anie.202004603. ISSN  1433-7851. PMID  32510721.
  87. ^ Ван, Сюнь; Чжоу, Минюэ; Чжан, Фэйфэй; Чжан, Ханг; Ван, Цин (октябрь 2021 г.). «Окислительно-восстановительное нацеливание энергетических материалов». Current Opinion in Electrochemistry . 29 : 100743. doi : 10.1016/j.coelec.2021.100743.
  88. ^ Чжан, Фэйфэй; Гао, Мэнци; Хуан, Шицян; Чжан, Ханг; Ван, Сюнь; Лю, Лицзюнь; Хань, Мин; Ван, Цин (июнь 2022 г.). «Нацеливание окислительно-восстановительных свойств энергетических материалов для хранения и преобразования энергии». Advanced Materials . 34 (25): e2104562. Bibcode :2022AdM....3404562Z. doi :10.1002/adma.202104562. ISSN  0935-9648. PMID  34595770.
  89. ^ "130+ миллионов публикаций, организованных по темам на ResearchGate" . Получено 21 мая 2023 г. .
  90. ^ Толмачев, Юрий; Стародубцева, Светлана В. (18 сентября 2022 г.). «Проточные батареи с твердотельными усилителями энергии: обзорная статья». Журнал электрохимической науки и техники . 12 (4): 731– 766. doi :10.5599/jese.1363. ISSN  1847-9286.
  91. ^ Badwal, Sukhvinder PS; Giddey, Sarbjit S.; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I.; Hollenkamp, ​​Anthony F. (24 сентября 2014 г.). "Развивающиеся электрохимические технологии преобразования и хранения энергии". Frontiers in Chemistry . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh....2...79B. doi : 10.3389/fchem.2014.00079 . PMC 4174133. PMID  25309898. 
  92. ^ Буш, Стив (20 июля 2018 г.). «Проточная батарея комнатной температуры использует жидкий сплав натрия и калия».
  93. ^ Ли, Чжэн; Сэм Пан, Мэнхсуань; Су, Лян; Цай, Пин-Чунь; Бадель, Андрес Ф.; Валле, Джозеф М.; Эйлер, Стефани Л.; Сян, Кай; Брашетт, Фикиле Р.; Чианг, Йет-Мин (11 октября 2017 г.). «Воздушно-реактивная проточная батарея на водной основе серы для сверхнизкобюджетного длительного хранения электроэнергии». Джоуль . 1 (2): 306– 327. Bibcode : 2017Joule...1..306L. doi : 10.1016/j.joule.2017.08.007 .
  94. ^ Service, RF (2 ноября 2018 г.). «Достижения в области проточных батарей обещают дешевую резервную мощность». Science . 362 (6414): 508– 509. Bibcode :2018Sci...362..508S. doi :10.1126/science.362.6414.508. PMID  30385552. S2CID  53218660.
  95. ^ REDT Energy. "Хранение возобновляемой энергии". Архивировано из оригинала 1 февраля 2014 года . Получено 27 января 2014 года .
  96. ^ "Redflow – Sustainable Energy Storage". Архивировано из оригинала 9 февраля 2010 года.
  97. ^ в патенте WO 03043170, Spaziante, Placido Maria; Kampanatsanyakorn, Krisada & Zocchi, Andrea, «Система для хранения и/или преобразования энергии из источников с переменным напряжением и частотой», опубликовано 22.05.2003, передано Squirrel Holdings Ltd. 
  98. ^ "Система заправки электромобилей (EVRS), используемая совместно с технологией ванадиевого окислительно-восстановительного потока". REDT Energy Storage . Архивировано из оригинала 10 декабря 2011 г.
  99. ^ Энтони Ингрэм (11 октября 2016 г.). «Quant e-Limo ​​с питанием от nanoFLOWCELL одобрен для испытаний на дорогах Германии». Fox News .
  100. ^ Amato, CJ (1 февраля 1973 г.). «Цинк-хлоридная батарея — недостающее звено на пути к практическому электромобилю». Серия технических документов SAE . Том 1. doi :10.4271/730248 — через www.sae.org.
  101. ^ Толмачев, Юрий В.; Пятковский, Андрей; Рыжов, Виктор В.; Конев, Дмитрий В.; Воротынцев, Михаил А. (2015). «Энергетический цикл на основе высокоудельной проточной батареи с водным электролитом и ее потенциальное использование для полностью электрических транспортных средств и для прямого преобразования солнечной энергии в химическую». Журнал твердотельной электрохимии . 19 (9): 2711– 2722. doi :10.1007/s10008-015-2805-z. S2CID  97853351.
  102. ↑ Рассказ Джона Дэвиса из Deeya Energy об использовании их проточных батарей в телекоммуникационной отрасли на YouTube
  103. ^ "Испытание производительности цинк-бромных проточных батарей для удаленных телекоммуникационных объектов" (PDF) . Получено 21 мая 2023 г.
  • Электропедия на проточных батареях
  • Исследование проточной окислительно-восстановительной батареи урана
  • Как работают проточные батареи на YouTube
  • Проект проточной батареи в Южной Австралии
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Flow_battery&oldid=1261840087"