Wasserstoff-Brom-Batterie - Hydrogen-bromine battery

Eine Wasserstoff-Brom-Batterie ist eine wiederaufladbare Durchflussbatterie, in der Bromwasserstoff (HBr) als Elektrolyt des Systems dient . Während des Ladezyklus, wenn Strom in den Stapel fließt, wird H 2 erzeugt und in einem separaten Tank gespeichert. Ein zusätzliches Produkt der chemischen Reaktion ist HBr 3 , das ebenfalls ein Elektrolyt ist und im gleichen Tank wie HBr gemischt wird. Während des Entladezyklus wird H 2 verbraucht und Energie erzeugt. Das H 2 wird wieder mit dem HBr 3 kombiniert und das System kehrt mit einem vollen HBr-Tank in seine Anfangsstufe zurück. Der Elektrolyt erleidet während des Prozesses keinen Abbau und das System ist in sich geschlossen ohne Emissionen.

Die erste skalierte Version dieser Batterie, ein 50 kW/100 kWh-System, wurde im Rotem Industrial Park in Israel eingesetzt. Ein kommerzielles Beta-System mit einer Größe von 150 kW/900 kWh soll im Juni 2016 von einem Konsortium bestehend aus AREVA , Schneider Electric und EnStorage bereitgestellt werden.

Der Hauptvorteil der Batterie sind ihre Kosten. Brom ist preiswert und wird jährlich weltweit mehr als 400.000 Tonnen produziert. Die Kosten für den Elektrolyten betragen etwa 20 USD/kWh. Weitere Vorteile sind die Verwendung auf kostengünstigen Membranen und die hohe Leistungsdichte im Vergleich zu anderen Durchflussbatterien.

Ein anderer Ansatz der Batterie beruht auf einer laminaren Strömung , um die beiden Materialien anstelle einer Membran zu trennen, bei der flüssiges Brom mit Wasserstoffgas reagiert , um Strom zu erzeugen. Die erste derartige Batterie gepumpt Brom über eine Graphitkathode und Bromwasserstoffsäure unter einer porösen Anode , zusammen mit Wasserstoffgas. Das Gerät arbeitet bei Raumtemperatur mit einer maximalen Leistungsdichte von 0,795 Watt pro Kubikzentimeter. Die beobachtete Leistung stimmte mit den Vorhersagen eines mathematischen Modells überein, das die chemischen Reaktionen beschrieb. Es wurde kein membranloses System hochskaliert, hauptsächlich aufgrund von Aspekten des Gleichgewichts der Anlagenkomplexität.

Derzeit läuft ein von der Europäischen Union finanziertes Projekt, das die Installation von Wasserstoff-Brom-Batterien im Inselcluster Hinnøya umfasst . Das 2019 gestartete Projekt ist ein erneuerbares Energiesystem mit mehreren Quellen. Es soll 2021 ausgeliefert werden.

Brom ist mit mehr als 243.000 Tonnen, die jährlich in den USA produziert werden, relativ günstig. Der Betrieb ohne Membran reduziert die Kosten und erhöht die Lebensdauer der Batterie.

Anwendungen

HBr-Redox-Flow-Batterien sind optimal für Anwendungen, die tägliche Entladezyklen für lange Entladezeiten (dh 6–12 Stunden pro Tag) für einen relativ langen Einsatz (dh 10–20 Jahre) erfordern. Typische Anwendungen wären die Integration erneuerbarer Energien, der Aufschub von Infrastrukturinvestitionen, das Spitzenmanagement und Mikronetze.

Speziell für erneuerbare Energien werden kostengünstige Energiespeicher benötigt, um erneuerbare Energiequellen mit unterschiedlicher und sogar intermittierender Leistung wie Solar- und Windkraft zu ermöglichen . Der Speicher puffert die schwankende Leistung der erneuerbaren Quelle, so dass diese Quellen als Grundleistung betrachtet werden können. Zu den Nachteilen einer H2-Br2-Flow-Batterie zählen die geringe Energiedichte (weniger als die von Lithium-Ionen-Batterien) und eine komplexe Pflanzenbilanz. Diese Nachteile verhindern die Verwendung von H2-Br2-Durchflussbatterien in Transportanwendungen. Die nächste Stufe in der Entwicklung der Wasserstoff-Brom-Durchflussbatterie ist die Wasserstoff-Brom-Durchflussbatterie.

„Leistungsbewertung einer regenerativen Wasserstoff-Brom-Brennstoffzelle“, Haley Kreutzer, Venkata Yarlagadda und Trung Van Nguyen, J. Electrochem. Soz. 2012 Band 159, Ausgabe 7, F331-F337

Vorteile

Für die Herstellung einer HBr-Redox-Flow-Batterie werden keine seltenen Metalle wie Lithium und Kobalt verwendet.

Verweise

  • Tolmachev, Yuriy V.; Piatkivskyi, Andrii; Ryzhov, Viktor V.; Konev, Dmitry V.; Worotynzew, Michail A. (2015). „Energiekreislauf basierend auf einer wässrigen Durchflussbatterie mit hoher spezifischer Energie und ihrer möglichen Verwendung für vollelektrische Fahrzeuge und für die direkte Umwandlung von Solarenergie in chemische Energie“. Zeitschrift für Festkörperelektrochemie . 19 (9): 2711–2722. doi : 10.1007/s10008-015-2805-z .
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  • https://www.elestor.nl/projects/