Vloeiselbattery

Die redoks-vloeiselbattery of vloeibattery - meer algemeen ook vloeibare battery of  "nat sel" is 'n vorm van 'n elektrochemiese sel. Dit stoor elektriese energie in chemiese verbindings, waarby die reaktante in opgeloste vorm in 'n oplosmiddel teenwoordig is. Twee energiebergende elektroliete sirkuleer in twee afsonderlike stroombane, waartussen die ioonuitruiling in die galvaniese sel  met behulp van 'n membraan plaasvind. In die sel word die een van die opgeloste stowwe chemies gereduseer en die ander geoksideer, waardeur elektriese energie vrygestel word.

Algemeen 
In vergelyking met 'n battery sonder massa-oordrag, is dit 'n meer komplekse ontwerp wat, benewens die tenk en pype, minstens twee pompe benodig om die elektroliete te sirkuleer, insluitend die nodige beheer- en moniteringstoestelle. Vloeibatterye is dus nie besonder geskik vir klein verbruikers nie. Die mees algemeen gebruikte en belangrikste tipe vloeibattery tot dusver is die vanadiumredoksbattery. Daar is ook ander tipes soos die polisulfiedbromiedbattery, natriumchloriedredoksbattery, sinkbromiedbattery en die uraanbattery.

Aangesien die chemiese verbindings wat in 'n oplosmiddel opgelos is, in tenks geberg word wat apart van die sel is en van enige grootte kan wees, hang die hoeveelheid energie wat gestoor word nie van die selgrootte af nie. Die redoksvloeibattery is verwant aan die omkeerbare brandstofsel vanweë sy elektrochemiese omkeerbaarheid. Die Selspanning word gegee deur die Nernst-vergelyking en wissel van 1V tot 2.2 V in praktiese stelsels.

Navorsing

Geskiedenis 
Die grondslae vir vloeiselle is in die middel van die 20ste eeu in Duitsland ontwikkel deur Walther Kangro van die Technische Universität Braunschweig, toe die moontlikhede van energieberging met redokspare vir die eerste keer ondersoek is.

In die 1970's was NASA betrokke by die ontwikkeling van hierdie tegnologie. Die suiwer vanadiumoplossing is die eerste keer in 1978 voorgestel en is in die 1980's by die Universiteit van Nieu-Suid-Wallis ontwikkel deur Maria Scyllas-Kazacos en haar kollegas. Hierdie oplossing is in 1986 gepatenteer en is tans die mees wydverspreide. Dit is verder ontwikkel tot 'n vanadiumbromied-gebaseerde sel, wat energiedigthede toelaat wat twee keer so hoog is.

Onlangse navorsing 

In Januarie 2014 het navorsers by Harvard Universiteit 'n redoksvloeisel aangebied wat op organiese kinone gebaseer is wat nie die gebruik van skaars en dus betreklik duur stowwe vereis nie. Kragdigthede van 600 milliwatt per vierkante sentimeter is in prototipes gemeet. Navorsing is tans aan die gang oor die langtermynstabiliteit van sulke selle.

In 2015 is in die tydskrif Energy and Environmental Science 'n redoksvloeisel gebaseer op yster en sink voorgestel. Deur die goedkoop materiale yster en sink te gebruik, behoort 'n stelselprys van minder as 100 Amerikaanse dollar in kapitaalkoste/kWh op mediumtermyn moontlik te wees, wat hierdie selle mededingend sal maak met pompopgaarkragsentrales. Tot dusver word redoksvloeiselle teen $300 tot $800/kWh geprys. Die kragdigtheid sal ongeveer 680 milliwatt per vierkante sentimeter wees.

Die Friedrich Schiller Universiteit in Jena het in 2015 nog 'n innovasie aangebied, 'n polimeer-gebaseerde redoksvloeibattery wat heeltemal van metale as aktiewe materiaal afsien. Hierdie nuwe tipe battery gebruik organiese polimere, wat 'n redoks-aktiewe eenheid dra, vir die anode en katode. Geen korrosiewe sure word as oplosmiddel benodig nie; 'n eenvoudige soutoplossing is voldoende. Die gebruik van waterige polimeeroplossings maak ook die gebruik van dialisemembrane moontlik om die anode en katode te skei, wat baie makliker en goedkoper is om te vervaardig as klassieke ioonuitruilmembrane. Terwyl die groot makromolekules (polimere) teengehou word, kan die relatief klein natriumione en chloriedione ongehinderd deur die membraan beweeg en die sel se interne stroombaan sluit.

Eienskappe 
Afhangende van die grootte en tipe, kan die redoksvloeisel krag van 'n paar 100 watt tot verskeie megawatt lewer en het 'n doeltreffendheid in rondom die  75 tot 80 persent. Daarbenewens het die stelsel 'n lae selfontlading en 'n lang dienslewe. Laasgenoemde is gebaseer op die feit dat die elektrodemateriaal self nie chemies reageer wanneer die elektroliet reageer nie en dus nie degenereer nie. Daarteenoor is die energiedigtheid betreklik laag; Gewoonlik, met vanadiumvloeiselle gebaseer op sulfaat, kan ongeveer 25 Wh per liter elektrolietvloeistof bereik word, en met bromied kan ongeveer 50 Wh per liter elektrolietvloeistof bereik word. Onder ideale laboratoriumtoestande kan effens hoër waardes ook behaal word.

Teen ongeveer 10 kWh per liter het dieselbrandstof 'n energiedigtheid wat ongeveer 400 keer hoër is as dié van die elektroliet van vanadiumvloeibatterye; kommersieel beskikbare loodbatterye bereik 'n energiedigtheid van ongeveer 42 Wh /kg, gebaseer op die hele massa van die battery. Slegs gebaseer op die elektroliet van die loodbattery, wat ongeveer 50% van die battery uitmaak, lei dit tot 'n waarde van ongeveer 80 Wh per liter elektrolietvloeistof vir 'n loodbattery. In vergelyking met 'n gepompte bergingsaanleg met 'n energiedigtheid van 0,272 Wh/(l 100 m) gestandaardiseer tot 'n hoogteverskil van 100 m, is die energiedigtheid egter aansienlik hoër.

'n Paar redoksvloeibatterytipes met hulle selspanning en energiedigtheid per liter elektrolietvloeistof is in die volgende tabel saamgevat:

Toepassings 
As gevolg van sy eienskappe word die redoksvloeisel hoofsaaklik in toetsing en prototipes gebruik. Redoksvloeiselle, byvoorbeeld in die vorm van vanadiumvloeiselle, word as 'n reserwebron vir mobiele radiobasisstasies of rugsteunbatterye vir windturbines gebruik.

’n Stelsel van hierdie tipe met 4 MW-uitset en 'n bergingskapasiteit van 6 MWh word sedert 2012 by 'n Japannese windturbine gebruik.

Die vanadiumvloeibattery het 'n bergingskapasiteit van 1,6 MWh en 'n laai-/ontladingskapasiteit van 200 kW.

Verwysings 

Elektrochemie