موضوع مقاله: باتری اکسایش کاهش وانادیومی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # باتری اکسایش کاهش وانادیومی | مقدمه: این باتری از توانایی وانادیوم برای حضور در محلول در چهار عدد اکسایش مختلف برای ساخت باتری با یک الکترواکتیو به جای دو الکترواکتیو استفاده می‌کند. | ## بخش 1: باتری اکسایش کاهش وانادیومی | به چند دلیل، از جمله حجم زیاد نسبی آنها، باتری‌های وانادیومی معمولاً برای ذخیره انرژی شبکه استفاده می‌شوند، به عنوان مثال، به نیروگاه‌های شبکه‌های برق متصل می‌شوند. Power Sources, 22 (1988) 59–67 در این نمونه‌ها ازالکترولیت اسید سولفوریک استفاده شده‌است که در سال ۱۹۸۶ در دانشگاه نیو ساوت ولز در استرالیاساخته شده بود. شرکت‌ها و سازمان‌های متعددی در تأمین مالی و توسعه باتری‌های اکسایش - کاهش وانادیومی مشارکت دارند. مزایا نسبت به سایر انواع باتری‌ها مزایای اصلی VRFB: بدون محدودیت در ظرفیت انرژی می‌تواند به‌طور نامحدود بدون آسیب تخلیه شود اختلاط الکترولیت‌ها هیچ آسیب دائمی ایجاد نمی‌کند حالت تک بار در سراسر الکترولیت‌ها از تخریب ظرفیت جلوگیری می‌کند الکترولیت آبی ایمن و غیرقابل اشتعال؛ محدوده دمای عملیاتی گسترده از جمله خنک‌کننده غیرفعالMiller, Kelsey. هزینه سطحی پایین: (چند ده سنت)، نزدیک شدن به اهداف ۰٫۰۵ دلاری اعلام شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده و طرح فناوری انرژی استراتژیک کمیسیون اروپا (۰٫۰۵ یورو). معایب نسبت به انواع دیگر باتری‌ها نسبت انرژی به حجم نسبتاً ضعیف در مقایسه با باتری‌های ذخیره‌سازی استاندارد راندمان رفت و برگشت نسبتاً ضعیف وزن بالای الکترولیت آبی اکسیدهای وانادیوم سمیت نسبتاً بالایی دارند. اخیراً، الکترودهای مبتنی بر، نانولوله‌های کربنی مورد توجه جامعه علمی قرار گرفته‌اند. الکترولیت در نیم سلول مثبت، حاوی یون‌های VO 2 + و VO 2 + است، در حالی که الکترولیت در نیم سلول منفی از یون‌های V 3 + و V 2 + تشکیل شده‌است. الکترولیت‌ها را می‌توان با چندین فرایند، از جمله حل الکترولیتی پنتوکسید وانادیم (V 2 O 5) در اسید سولفوریک (H 2 SO 4) تهیه کرد. با این حال، یون‌های وانادیوم تمایل دارند به غشاء نفوذ کنند و سلول را بی‌ثبات کنند. | ## بخش 2: باتری اکسایش کاهش وانادیومی | یک مطالعه در سال ۲۰۲۱ نشان داد که نانوذرات تری‌اکسید تنگستن روی سطح ورقه‌های اکسید گرافن رشد می‌کنند، یک ورقه تک لایه از اکسید گرافیت که از طریق اکسایش گرافیت ساخته می‌شود. ورقه‌ها در یک غشای PFSA با ساختار ساندویچی تقویت شده با پلی تترا فلوئورواتیلن تعبیه شده‌اند. ورقه‌های اکسید گرافن نفوذ یون وانادیوم را کاهش می‌دهند، در حالی که نانوذرات انتقال پروتون را ارتقا می‌دهند و راندمان کولمبی بالا، و بازده انرژی به ترتیب بیش از ۹۸٫۱ درصد و ۸۸٫۹ درصد را ارائه می‌دهند. این چرخش سخت است و استفاده از باتری‌های جریانی وانادیومی را در استفاده برای تلفن همراه محدود می‌کند و کاربرد مؤثر آنها را به تأسیسات ثابت بزرگ محدود می‌کند. هنگامی که باتری وانادیومی شارژ می‌شود، یون‌های VO 2 + در نیم سلول مثبت به یون VO 2 + تبدیل می‌شوند درحالی که الکترون‌ها از پایانه مثبت باتری منتقل می‌شوند. از دیگر خواص مفید باتری‌های جریانی وانادیومی، واکنش بسیار سریع آن‌ها به تغییر بار و ظرفیت اضافه بار بسیار زیاد آن‌ها است. مطالعات انجام شده توسط دانشگاه نیو ساوت ولز نشان داده‌است که آنها می‌توانند به زمان پاسخگویی کمتر از نیم میلی ثانیه برای تغییر بار ۱۰۰ درصدی دست یابند و اجازه اضافه بار تا ۴۰۰ درصد برای ۱۰ ثانیه را دارند. بیشتر باتری‌های وانادیوم مبتنی بر اسید سولفوریک فقط بین دمای ۱۰ تا ۴۰ درجه سانتی گراد کار می‌کنند، مگر اینکه به‌طور خاص برای آب‌وهوای سردتر یا گرم‌تر طراحی شده باشند. سیستم‌های مبتنی بر وانادیم / برم و سایر سیستم‌های مبتنی بر وانادیوم نیز با جایگزینی وانادیوم در الکترولیت مثبت یا منفی با جایگزین‌های ارزان‌تری مانند سریم، هزینه باتری‌های اکسایش - کاهش وانادیومی را کاهش می‌دهند. به‌طور معمول، اسید سولفونیک پرفلورینه (PFSA) به عنوان غشای جداکننده استفاده می‌شود. | ## بخش 3: باتری اکسایش کاهش وانادیومی | با این حال، یون‌های وانادیوم می‌توانند از غشا عبور کرده و باتری را بی‌ثبات کنند. محققان نانوذرات تری‌اکسید تنگستن را روی سطح ورقه‌های اکسید گرافن رشد داده‌اند و آنها را در یک سیستم PFSA با ساختار ساندویچی تقویت شده با پلی تترا فلوئورواتیلن جاسازی کردند. این نفوذ وانادیوم را کاهش داده و انتقال پروتون را افزایش می‌دهد، بازده کولمبی و بازده انرژی به ترتیب بیش از ۹۸٫۱٪ و 88.9%. انرژی ویژه و چگالی انرژی باتری‌های اکسایش - کاهش وانادیومی فعلی تولید انرژی خاصی در حدود ۲۰ وات بر کیلوگرم (۷۲ کیلوژول بر کیلوگرم) دارند الکترولیت. تحقیقات جدیدتر در UNSW نشان می‌دهد که استفاده از بازدارنده‌های بارش می‌تواند تراکم را تا حدود ۳۵ وات بر کیلوگرم، (126 kJ/kg)افزایش دهد. این انرژی ویژه در مقایسه با سایر انواع باتری‌های قابل شارژ (به عنوان مثال، سرب-اسید (108-144 kJ/kg ۳۰–۴۰ وات بر کیلوگرم) بسیار کم است. کاربردها کاربرد گسترده VRFB ممکن است برای بافر کردن خروجی نامنظم سیستم‌های باد و خورشیدی در مقیاس شهری است. این قابلیت‌ها باعث می‌شوند که VRBF یک راه‌حل «موثر» برای میکرو شبکه‌ها، تنظیم فرکانس و تغییر بار باشد. آوریل ۲۰۱۵ ۴ ۱ ۴ ایالات متحده آمریکا باتری دالیان می ۲۰۲۱ (ظرفیت نهایی) ۴۰0 (800) ۱۰0 (200) ۴ چین یک باتری وانادیوم ۲۰۰ مگاوات، ۸۰۰ مگاوات ساعت در سال ۲۰۱۸ در چین در حال ساخت بود، که در اواخر سال ۲۰۱۸ فاز اولیه آن بهره‌برداری شد. | ## جمع‌بندی | تحولات VRFB در UNSW VRB در همه چیز ۲ نیاز به ذخیره انرژی ردوکس وانادیوم در ژنراتورهای توربین بادی تولید خالص برق از تمام اشکال انرژی‌های تجدیدپذیر در آمریکا بین سال‌های ۲۰۰۵ تا ۲۰۰۹ بیش از ۱۵ درصد افزایش یافته‌است.