La batería de flujo de zinc-bromo es un tipo de batería de flujo híbrido. Se almacena una solución de bromuro de zinc en dos tanques. Cuando la batería está cargada o descargada, las soluciones (electrolitos) se bombean a través de una pila de reactores y regresan a los tanques. Un tanque se usa para almacenar el electrolito para las reacciones positivas del electrodo y el otro para el negativo. Las baterías de zinc-bromo de diferentes fabricantes tienen densidades de energía que oscilan entre 60 y 85 W · h / kg. [ cita requerida ]
Energía específica | 60-85 W · h / kg |
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Densidad de energia | 15,7–39 W · h / L (56,5–140 kJ / L) [ cita requerida ] |
Eficiencia de carga / descarga | 75,9% [1] |
Energía / precio al consumidor | US $ 400 / kW · h (US $ 0,11 / kJ) [ cita requerida ] |
Durabilidad del ciclo | > 2,000 ciclos |
Voltaje nominal de la celda | 1,8 V |
El electrolito predominantemente acuoso está compuesto de sal de bromuro de zinc disuelta en agua. Durante la carga, se recubre zinc metálico de la solución de electrolito sobre las superficies de los electrodos negativos en las pilas de celdas. El bromuro se convierte en bromo en la superficie del electrodo positivo y se almacena en una fase orgánica segura, complejada químicamente en el tanque de electrolito. Cada pila de celdas de polietileno de alta densidad (HDPE) tiene hasta 60 electrodos plásticos bipolares entre un par de ánodos y bloques terminales del cátodo.
La batería de zinc-bromo puede considerarse una máquina de galvanoplastia . Durante la carga, el zinc se galvaniza sobre electrodos conductores, mientras que al mismo tiempo se forma bromo. En la descarga, ocurre el proceso inverso: el zinc metálico plateado en los electrodos negativos se disuelve en el electrolito y está disponible para ser nuevamente recubierto en el siguiente ciclo de carga . Puede dejarse completamente descargado de forma indefinida sin sufrir daños.
En Australia se está desarrollando actualmente un nuevo tipo de batería de zinc-bromo, llamada batería de gel de zinc-bromo. Es más ligero, más seguro, más rápido de cargar y flexible. [2]
Características
Las principales características de la batería de zinc-bromo son:
- Densidad de alta energía en relación con las baterías de plomo-ácido .
- Capacidad de descarga del 100% de profundidad a diario. [3]
- Sin limitaciones de vida útil, ya que las baterías de zinc-bromo no son perecederas, a diferencia de las baterías de plomo-ácido y de iones de litio, por ejemplo. [3]
- Capacidades escalables.
Los inconvenientes incluyen:
- La necesidad de descargarse completamente cada pocos días para evitar las dendritas de zinc que pueden perforar el separador. [3]
- La necesidad de cada 1 a 4 ciclos de cortocircuitar los terminales a través de una derivación de baja impedancia mientras se ejecuta la bomba de electrolito, para eliminar completamente el zinc de las placas de la batería. [3]
- Baja potencia de área (<0,2 W / cm 2 ) tanto durante la carga como durante la descarga, lo que se traduce en un alto coste de energía. [4] [5] [6]
Los proveedores de baterías de flujo de zinc-bromo incluyen:
- Primus Power - Hayward, California, Estados Unidos.
- RedFlow Limited - Brisbane, Australia.
- Smart Energy - Shanghái, China.
- EnSync (anteriormente ZBB) [7] - Menomonee Falls, Wisconsin, EE. UU.
- ZBEST Power - Pekín, China.
Estos sistemas de baterías compiten para proporcionar soluciones de almacenamiento de energía a un costo total más bajo que otros sistemas de almacenamiento de energía como plomo-ácido, vanadio redox , sodio-azufre , iones de litio y otros [ cita requerida ] .
Electroquímica
En el electrodo negativo, el zinc es la especie electroactiva. El zinc se ha utilizado durante mucho tiempo como electrodo negativo de las células primarias . Es un metal ampliamente disponible, relativamente económico, que es electropositivo , con un potencial de reducción estándar E ° = −0,76 V frente a SHE . Sin embargo, es bastante estable en contacto con soluciones acuosas neutras y alcalinas. Por esta razón, se utiliza hoy en día en primarios alcalinos y zinc-carbono .
En la batería de flujo de zinc-bromo, la reacción del electrodo negativo es la disolución / recubrimiento reversible de zinc:
En el electrodo positivo, el bromo se reduce reversiblemente a bromuro (con un potencial de reducción estándar de +1.087 V frente a SHE):
Por lo tanto, la reacción celular general es
La diferencia de potencial medida es de alrededor de 1,67 V por celda (ligeramente menor que la predicha a partir de los potenciales de reducción estándar). [ cita requerida ]
Las dos cámaras de electrodos de cada celda están divididas por una membrana (típicamente una variedad microporosa o de intercambio iónico ). Esto ayuda a evitar que el bromo llegue al electrodo positivo, donde reaccionaría con el zinc, provocando que la batería se descargue automáticamente. Para reducir aún más la autodescarga y reducir la presión de vapor del bromo, se agregan agentes complejantes al electrolito positivo. Estos reaccionan de forma reversible con el bromo para formar un líquido rojo aceitoso y reducir el Br
2concentración en el electrolito. [ cita requerida ]
Aplicaciones
Sitios de telecomunicaciones remotos
Es posible un ahorro significativo de combustible en sitios de telecomunicaciones remotos que operan en condiciones de baja carga eléctrica y gran generación instalada utilizando múltiples sistemas en paralelo para maximizar los beneficios y minimizar los inconvenientes de la tecnología. [8]
Baterías de gel de zinc-bromo
Las baterías de zinc-bromo utilizan un líquido para transportar las partículas modificadas, lo que las hace inadecuadas para el uso móvil. Un nuevo desarrollo, de Thomas Maschmeyer de la Universidad de Sydney , reemplaza el líquido con un gel. El gel no es ni líquido ni sólido, pero tiene las ventajas de ambos. Los iones pueden moverse más rápido, lo que reduce el tiempo de carga. También es más eficiente, más duradero y más barato que el litio, y el gel es retardante del fuego. [9] A abril de 2016[actualizar]Gelion, que es la empresa derivada de la Universidad de Sydney, está desarrollando la batería para uso comercial. La compañía fue impulsada por una inversión de $ 11 millones del grupo de energías renovables del Reino Unido Armstrong Energy . [10] Como las baterías también son flexibles, se pueden incorporar al tejido de los edificios. Esto crea la posibilidad de que los nuevos desarrollos de viviendas estén completamente alimentados por sistemas solares que están fuera de la red.
Ver también
Referencias
- ^ "Pruebas de rendimiento de las baterías de flujo de zinc-bromo para sitios de telecomunicaciones remotas" (PDF) . Laboratorios Nacionales Sandia. 2013. p. 6 . Consultado el 1 de abril de 2015 .
- ^ Sophie Vorrath, (27 de febrero de 2019), Gelion lanza la batería de gel de bromo de zinc para asumir los pilares del litio, '' RenewEconomy ” Consultado el 8 de noviembre de 2020
- ↑ a b c d Rose y Ferreira , p. 4.
- ^ G. P. Corey, Una evaluación del estado del esfuerzo de desarrollo de la batería de zinc-bromo . RedFlowLimited Brisbane, Queensland, Australia, 2011.
- ^ Nakatsuji-Mather, M .; Saha, TK (2012). "Baterías de flujo de zinc-bromo en el suministro eléctrico residencial: dos estudios de caso". Reunión General de la Sociedad de Energía y Energía del IEEE 2012 . págs. 1–8. doi : 10.1109 / PESGM.2012.6344777 . ISBN 978-1-4673-2729-9. S2CID 22810353 .
- ^ Suresh, S .; Kesavan, T .; Munaiah, Y .; Arulraj, I .; Dheenadayalan, S .; Ragupatía, P. (2014). "Batería de flujo híbrido de zinc-bromo: efecto de las características de rendimiento y utilización del zinc". Avances RSC . 4 (71): 37947. doi : 10.1039 / C4RA05946H . ISSN 2046-2069 .
- ^ "ZBB Energy cambia de nombre a EnSync" (Comunicado de prensa).
- ^ Rose y Ferreira , p. 10.
- ^ "CASAS CON BATERÍA / Catalizador" . Consultado el 15 de enero de 2017 .
- ^ "La tecnología australiana de baterías a base de gel atrae importantes financiación del Reino Unido" . Consultado el 15 de enero de 2017 .
Otras lecturas
- Complejamiento de bromo en baterías circulantes de zinc-bromo DJ Eustace, J. Electrochem. Soc. 127 (3), 528–32 (1980)
- Manual de pilas, 3ª edición. D. Linden, TB Reddy. 39,1–39,8 (2002)
- Rose, David M .; Ferreira, Summer R. "Pruebas de rendimiento de baterías de flujo de zinc-bromo para sitios de telecomunicaciones remotos" (PDF) . Laboratorio Nacional Sandia. Actualizar
- RedFlow.
enlaces externos
- Baterías de ZnBr en la Asociación de almacenamiento de electricidad