¿Puede la batería de flujo líquido reemplazar la batería de iones de litio?

Un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard ha desarrollado un nuevo tipo de batería de flujo de líquido. La batería de flujo líquido podría usarse no solo en teléfonos inteligentes, sino también en nuevas aplicaciones de energía, incluida la energía renovable, dijo el equipo.

En la era móvil, la tecnología de la batería se convierte en la máxima prioridad. Incluso se puede decir que no habrá era móvil sin batería. Sin embargo, existen problemas como la poca duración de la batería en las baterías de los dispositivos móviles. El avance de la tecnología de la batería siempre ha sido un problema de vanguardia, que restringe el desarrollo posterior de la era móvil. Por eso, los investigadores han estado buscando fuentes de electricidad más eficientes para mejorar la resistencia.

De hecho, las baterías de flujo de fluido no son nuevas, ya que existen desde la década de 1960. Las baterías de flujo líquido tienen algunas ventajas sobre las baterías de litio. Sin embargo, esta tecnología ha estado en la etapa de investigación y desarrollo, no se ha puesto en aplicación práctica, la razón radica en sus propias limitaciones. A pesar de los obstáculos, la búsqueda continúa, ya que los seres humanos continúan encontrando fuentes de energía más limpias para mejorar la tecnología de las baterías y al mismo tiempo utilizar nuevas tecnologías de baterías relativamente seguras.

Primero, las características de la batería de flujo líquido determinan las ventajas, algunos aspectos son mejores que la batería de litio

El equipo de Harvard está dirigido por MichaelAziz, profesor de ciencia de los materiales y la energía, y RoyGordon, profesor de química y ciencia de los materiales. Su nueva batería de flujo líquido, basada en moléculas orgánicas en una solución acuosa de PH neutro, es superior a los productos de batería actuales en términos de seguridad y longevidad.

De hecho, el campo de las baterías de flujo líquido no es un "páramo". En la década de 1960, aparecieron las baterías REDOX de hierro-cromo, que pueden considerarse como el predecesor de las baterías de flujo líquido completamente de vanadio. Después de años de investigación y desarrollo, la tecnología ha avanzado mucho y se espera que esté disponible comercialmente. Estas baterías de flujo líquido tienen ventajas sobre las de iones de litio.

Primero, la escala puede ser grande o pequeña y el diseño es flexible.

Para los sistemas de almacenamiento de energía, los factores más importantes son la cantidad de electricidad y potencia. Normalmente, la cantidad de energía que puede soportar una batería de flujo de vanadio depende del tamaño del reactor, y la cantidad de carga es proporcional al tamaño del tanque de almacenamiento. Independientemente de los requisitos de un proyecto de ingeniería para un sistema de almacenamiento de energía, el diseñador puede realizar con flexibilidad los diseños correspondientes y realizar ajustes en cualquier momento.

¿Baterías de flujo de líquido en lugar de baterías de iones de litio? Hay un grafeno en el medio

La figura anterior muestra la estructura de la batería de flujo de líquido.

Por el contrario, las baterías de iones de litio se fabrican recubriendo materiales que almacenan energía en la superficie del fluido colector para formar electrodos. El proceso y el rendimiento son fijos, lo que es difícil de ajustar según proyectos específicos. Por el contrario, las ventajas de las baterías de flujo líquido son obvias.

Más importante aún, la batería de flujo es escalable. No importa cuánta batería de flujo de líquido se almacene, su estructura y método de control son casi los mismos. Siempre que el electrolito que almacena energía se mezcle de manera uniforme, se puede garantizar que el SOC (profundidad de carga y descarga) sea constante.

Para hacer una batería de litio del mismo tamaño, debe apilar la cantidad de baterías y usar un BMS (sistema de administración de baterías) muy complejo para administrar la temperatura y el SOC de cada batería. Un poco de descuido, sobrecarga, sobredescarga, sobrecalentamiento conducirá al desecho de la batería e incluso causará peligro, razón por la cual las baterías de los teléfonos inteligentes a veces explotan por razones importantes.

En segundo lugar, la duración de la batería de flujo es larga.

La duración actual de la batería de litio en el mercado es de aproximadamente 1000 ~ 5000 veces. Su principal mecanismo de almacenamiento de energía es la inserción y desinserción de electrodos sólidos, que pueden agrietarse fácilmente y acabar con la vida útil de la batería.

El mecanismo de carga y descarga de la batería de flujo de líquido se basa en el cambio de valencia en lugar del cambio físico de la batería ordinaria, por lo que su vida útil es extremadamente larga. Además, debido a que los electrodos positivo y negativo de la batería de flujo de vanadio están separados por una membrana de intercambio iónico, se evita la posibilidad de infección cruzada de electrolitos positivos y negativos debido a la mezcla, y la vida útil de la batería de flujo de vanadio es más larga que el de otras baterías de flujo.

En tercer lugar, las baterías de flujo líquido son extremadamente seguras.

Como se mencionó en el primer punto, las características de las baterías de flujo líquido garantizan su desempeño de seguridad. No hay peligro de incendio o explosión, y no hay problemas de seguridad incluso con alta corriente.

Además, la eficiencia energética de la batería de flujo de líquido es tan alta como 75% ~ 80%, y la velocidad de inicio es de solo 0.02 s. Además, la mayoría de los componentes de la batería son materiales de carbono baratos, sin metales preciosos como catalizadores.

En la actualidad, los fabricantes mundiales de baterías de flujo totalmente de vanadio incluyen principalmente UniEnergyTechnologies de los Estados Unidos, Gildemeister de Austria, sumitomo electric de Japón y dalian rongke energy storage technology development co., LTD de China.

Entre ellos, rongke energy storage co., Ltd. ha logrado una capacidad instalada total de batería de flujo líquido de vanadio superior a 12MW, lo que representa el 40% de la capacidad instalada total en el mundo. Además, también posee el primer dispositivo de almacenamiento de energía industrial a gran escala de 5 MW del mundo que está realmente conectado a Internet. Esto significa que China está a la cabeza a nivel internacional en todos los indicadores.

Aunque la batería de flujo de líquido tiene tantas ventajas y tiene una cierta escala de producción y aplicación, no se ha puesto en uso comercial ni ha entrado en el mercado de consumo a gran escala en la actualidad, porque existen muchas limitaciones de la propia batería de flujo de líquido.

Dos, la batería de flujo no ha estado disponible comercialmente, sus propias limitaciones

Como sistema de almacenamiento de energía, la batería de flujo de líquido todavía se encuentra en la etapa experimental en la energía eólica y otros campos de almacenamiento de energía de gran tamaño, lo que es difícil para el uso comercial. La nueva batería de flujo de líquido estudiada por la Universidad de Harvard también se encuentra en la etapa de investigación y desarrollo, por lo que primero podemos explorar las limitaciones de la batería principal de la serie de vanadio en la batería de flujo de líquido existente.

En teoría, los compuestos de vanadio podrían usarse como aditivos en las baterías de litio existentes, similar a lo que se usa para el grafeno.

Sin embargo, los iones pentavalentes de vanadio en la solución positiva de una batería de vanadio precipitan una sustancia altamente tóxica llamada pentóxido de vanadio cuando la temperatura es superior a 45 grados. La deposición de este material puede obstruir el canal de flujo, cubrir la fibra de fieltro de carbono, deteriorar el rendimiento del reactor y eventualmente hacer que la batería se deseche. Además, el pentóxido de vanadio, una sustancia muy tóxica, puede tener graves consecuencias.

Además, las baterías de flujo completo de vanadio son extremadamente costosas. Por ejemplo, una batería de flujo de líquido de 5kw requiere una inversión total de 406.000 yuanes en el costo de los materiales principales, así como una inversión adicional en materiales secundarios y costos de mano de obra.

Finalmente, las baterías de flujo fluido tienen una densidad de energía muy baja, alrededor de 40Wh / kg, y debido a que son líquidas, ocupan mucho espacio.

En base a las limitaciones anteriores, la batería de flujo de líquido es difícil de aplicar a gran escala y comercializar.

El descubrimiento de baterías de flujo líquido representa un compromiso para encontrar nuevas fuentes de energía, pero la tecnología aún no está lo suficientemente madura. Por el contrario, la tecnología de las baterías de grafeno es relativamente segura y ya se utiliza en dispositivos inteligentes, y los seres humanos buscan constantemente fuentes de energía más limpias para generar electricidad.

En tercer lugar, la disponibilidad de la tecnología de baterías de sonido abre más posibilidades para el futuro.

Entre las tecnologías de baterías emergentes de hoy, la tecnología de baterías de grafeno es relativamente estable. A fines del año pasado, Huawei presentó la primera batería de iones de litio que utiliza tecnología de grafeno en la 57a conferencia de baterías de Japón. Con la ayuda de la nueva tecnología de alta temperatura, la batería puede aumentar la temperatura límite superior de la batería de iones de litio en 10 grados, y su vida útil es el doble que la de la batería de iones de litio ordinaria.

El grafeno parece ser más confiable que las nuevas baterías de flujo líquido que se están desarrollando. El grafeno en sí mismo tiene sus limitaciones, por supuesto, pero ya se usa en dispositivos inteligentes.

Entonces, tal como están las cosas, el grafeno se utilizará más en la próxima fase para mejorar la tecnología de la batería. En el camino del desarrollo de la tecnología de baterías, es imposible lograr el éxito de la noche a la mañana, pero se deben lograr mejores resultados a través de una transición gradual de tecnología sólida y madura.

Esto no quiere decir, por supuesto, que el mundo de la tecnología de baterías pueda dormirse en los laureles. Por el contrario, para que la tecnología de la batería deje de ser un obstáculo para el desarrollo de la era móvil, debería ser más audaz utilizar toda la energía posible para impulsar el progreso de la tecnología de la batería. Se han realizado investigaciones y se han logrado avances.

Por ejemplo, un equipo de la Universidad de Pensilvania ha desarrollado una nueva forma de generar electricidad, utilizando la diferencia entre el dióxido de carbono emitido por las centrales eléctricas de combustibles fósiles y la concentración de dióxido de carbono en el aire. El dispositivo, llamado "celda de flujo", produce una densidad de potencia media de 0,82 vatios por metro cuadrado, unas 200 veces más alta que la aproximación anterior. La investigación se publica en el último número de la revista Environmental Science and Technology.

Del mismo modo, los científicos finlandeses han logrado algunos avances en el uso de energía cinética, calor y energía solar para alimentar sus dispositivos. Los investigadores han desarrollado un material ferroeléctrico llamado KBNNO que convierte el calor y la presión en electricidad. Investigadores de la Universidad de Oulu en Finlandia utilizaron estructuras de cristal de perovskita para extraer energía de múltiples fuentes y esperan recolectar aún más.

El equipo no es complicado de fabricar, y una vez que se encuentren los mejores materiales, la tecnología podría estar lista para uso comercial en los próximos años. Si esta visión se hace realidad, es posible que ya no necesitemos enchufar nuestros dispositivos móviles a un enchufe para cargarlos, sino que obtengamos un flujo continuo de electricidad de la energía natural para lograr una limpieza energética real.

Basándonos en los resultados anteriores, podemos hacer una predicción optimista de que en el futuro, habrá más tecnologías nuevas en el campo de la batería, que pueden mejorar la eficiencia de la batería, la duración de la batería y otros factores. En el desarrollo de la tecnología de la batería y cualquier tipo de tecnología, necesitamos una innovación madura y audaz, la combinación de los dos puede promover mejor el desarrollo de la era móvil.

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