فناوری ذخیره سازی انرژی توسط باتری

طیف گسترده ای از فناوری های ذخیره سازی توسعه داده شده اند تا شبکه بتواند نیازهای انرژی روزمره را برآورده کند از زمان کشف الکتریسیته، ما به دنبال روش‌های مؤثری برای ذخیره آن انرژی برای استفاده در صورت تقاضا بوده‌ایم.

در طول قرن گذشته، صنعت ذخیره‌سازی انرژی در پاسخ به نیازهای انرژی در حال تغییر و پیشرفت‌های فناوری به تکامل، سازگاری و نوآوری ادامه داده است.

سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی طیف گسترده‌ای از رویکردهای فن‌آوری را برای مدیریت منبع تغذیه به منظور ایجاد زیرساخت انرژی انعطاف‌پذیرتر و صرفه‌جویی در هزینه‌ها برای شرکت‌ها و مصرف‌کنندگان ارائه می‌کنند.

برای کمک به درک رویکردهای متنوعی که در حال حاضر در سرتاسر جهان به کار گرفته شده اند، آنها را به پنج دسته اصلی تقسیم کرده ایم:

• باتری - طیف وسیعی از راه حل های ذخیره سازی الکتروشیمیایی، از جمله باتری های شیمی پیشرفته، باتری های جریان، و خازن ها

• حرارتی - جذب گرما و سرما برای تولید انرژی در صورت نیاز یا جبران نیازهای انرژی ذخیره سازی

• مکانیکی - سایر فناوری های نوآورانه برای مهار انرژی جنبشی یا گرانشی برای ذخیره برق

• هیدروژن – تولید الکتریسیته اضافی می تواند از طریق الکترولیز به هیدروژن تبدیل و ذخیره شود

• نیروی آبی پمپ شده - ایجاد مخازن انرژی در مقیاس بزرگ با آب

فناوری ذخیره سازی انرژی توسط باتری

مشارکت تعدادی از دانشمندان و مبتکران درک ما را از نیروهای الکتریسیته ایجاد کرد، اما الساندرو ولتا با اختراع اولین باتری در سال 1800 اعتبار دارد، در ابتدایی ترین سطح، باتری دستگاهی است متشکل از یک یا چند الکتروشیمیایی، سلول هایی که انرژی شیمیایی ذخیره شده را به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند.

هر سلول دارای یک پایانه مثبت یا کاتد و یک پایانه منفی یا آند است. الکترولیت‌ها به یون‌ها اجازه می‌دهند بین الکترودها و پایانه‌ها حرکت کنند، که اجازه می‌دهد جریان برای انجام کار از باتری خارج شود.

باتری های لیتیوم یون (Li-Ion)

پس از آنکه استنلی ویتینگهام، شیمیدان اکسون، مفهوم باتری های لیتیوم یونی را در دهه 1970 توسعه داد، سونی و آساهی کاسی اولین محصول تجاری را در سال 1991 ایجاد کردند و اولین باتری ها برای لوازم الکترونیکی مصرفی استفاده شد و اکنون نیز بر اساس موفقیت این باتری های لیتیوم یون است.

بسیاری از شرکت ها در حال توسعه سلول های با فرمت بزرگتر برای استفاده در برنامه های ذخیره انرژی هستند و همچنین بسیاری انتظار دارند که با ظهور وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) با باتری های لیتیوم یون، هم افزایی قابل توجهی وجود داشته باشد.

انعطاف‌پذیری فناوری لیتیوم یون در کاربردهای خودروهای برقی، از باتری‌های کوچک پرمصرف برای بافر نیرو در هیبریدی‌ها، تا باتری‌های با توان متوسط که هم برد الکتریکی و هم بافر انرژی را در هیبریدی‌های پلاگین ارائه می‌کنند، تا باتری‌های پرانرژی در الکتریکی. (فقط وسایل نقلیه، دارای ارزش مشابهی در ذخیره سازی انرژی ثابت است)

باتری های سرب

باتری های سرب پرکاربردترین فناوری باتری های قابل شارژ در جهان هستند، آنها سابقه بی نظیری در قابلیت اطمینان و ایمنی دارند، که همراه با یک پایگاه تامین کننده تثبیت شده در سراسر جهان، آنها را به باتری غالب از نظر تولید مگاوات ساعت تبدیل می کند.

باتری‌های سرب به‌طور گسترده در خودروها و کامیون‌ها استفاده می‌شوند، تقریباً در همه وسایل نقلیه مورد استفاده قرار می‌گیرند، از افزایش هیبریداسیون و الکتریکی شدن وسایل نقلیه، از فناوری start-stop تا خودروهای تمام الکتریکی پشتیبانی می‌کنند.

علاوه بر این، باتری‌های سرب به طور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که انرژی را برای ارتباطات راه دور، منبع تغذیه بدون وقفه، برق مطمئن، کشش الکتریکی و ذخیره انرژی برای آب و برق و همچنین کاربردهای خانگی و تجاری فراهم می‌کنند.

باتری های جریان ردوکس

باتری های جریان ردوکس (RFB) یک دسته از دستگاه های ذخیره انرژی الکتروشیمیایی را نشان می دهند، نام ردوکس به واکنش‌های کاهش شیمیایی و اکسیداسیون به کار رفته در RFB برای ذخیره انرژی در محلول‌های الکترولیت مایع اشاره دارد که در طول شارژ و تخلیه از طریق باتری سلول‌های الکتروشیمیایی جریان می‌یابند.

باتری های جریان وانادیوم ردوکس (VRB)

باتری ردوکس وانادیوم (VRB®)¹ یک باتری جریان ردوکس واقعی (RFB) است که انرژی را با استفاده از زوج‌های ردوکس وانادیوم (V2+/V3+ در منفی و V4+/V5+ در نیم سلول‌های مثبت) ذخیره می‌کند.

این گونه های شیمیایی فعال همیشه در محلول های الکترولیت اسید سولفوریک به طور کامل حل می شوند، مانند سایر RFB های واقعی، رتبه بندی قدرت و انرژی باتری های ردوکس وانادیوم مستقل از یکدیگر است و هر کدام ممکن است به طور جداگانه برای یک کاربرد خاص بهینه شوند.

تمام مزایا و تمایزات دیگر RFB های واقعی در مقایسه با سایر سیستم های ذخیره انرژی توسط VRB ها تحقق می یابد، اولین باتری ردوکس وانادیوم عملیاتی با موفقیت در دانشگاه نیو ساوت ولز در اواخر دهه 1980 به نمایش گذاشته شد و نسخه های تجاری آن بیش از 8 سال است که در مقیاس بزرگ کار می کنند.

باتری های نیکل کادمیوم (NI-CD)

در تولید تجاری از دهه 1910، نیکل-کادمیم (Ni-Cd) یک نوع باتری سنتی است که پیشرفت های دوره ای در فناوری الکترود و بسته بندی به منظور زنده ماندن داشته است و باتری‌های Ni-Cd در حالی که در معیارهای معمولی مانند چگالی انرژی یا هزینه اولیه برتری ندارند، با ارائه پیاده‌سازی ساده بدون سیستم‌های مدیریتی پیچیده، در عین ارائه عمر طولانی و خدمات قابل اعتماد، مرتبط باقی می‌مانند.

باتری های سدیم سولفور (NaS)

باتری های سدیم سولفور (NaS) در ابتدا توسط شرکت فورد موتور در دهه 1960 توسعه یافتند و متعاقباً این فناوری به شرکت ژاپنی NGK فروخته شد و NGK اکنون سیستم های باتری را برای کاربردهای ثابت تولید می کند، سیستم ها در دمای بالا، 300 تا 350 درجه سانتیگراد کار می کنند، که می تواند یک مسئله عملیاتی برای عملکرد متناوب باشد.

تاسیسات قابل توجهی برای ذخیره انرژی برای تسهیل تعویق ساخت خطوط توزیع استفاده شده است، راندمان رفت و برگشت در محدوده 90٪ است، بنابراین استفاده بهینه از انرژی را فراهم می کند.

خازن های الکتروشیمیایی

خازن های الکتروشیمیایی (ECs) - که گاهی اوقات به عنوان خازن های دو لایه الکتریکی نیز شناخته می شوند - با نام های تجاری مانند Supercapacitor یا Ultracapacitor نیز ظاهر می شوند.

عبارت دو لایه به ذخیره فیزیکی بار الکتریکی آنها در سطح مشترک الکترولیت الکترودهای کربنی با سطح بالا اشاره دارد.

دو نوع EC متقارن و نامتقارن با خواص متفاوت و مناسب برای کاربردهای مختلف وجود دارد و بازارها و کاربردهای خازن های الکتروشیمیایی به سرعت در حال رشد هستند و کاربردهای مرتبط با شبکه برق بخشی از این رشد خواهند بود.

باتری های جریان آهن کروم (ICB)

باتری های جریان آهن کروم توسط ناسا در دهه 1970 تا 1980 و توسط میتسویی در ژاپن پیشگام و مورد مطالعه گسترده قرار گرفتند، باتری جریان آهن کروم یک باتری جریان ردوکس (RFB) است. انرژی با استفاده از زوج های ردوکس Fe2+ – Fe3+ و Cr2+ – Cr3+ ذخیره می شود.

گونه های شیمیایی فعال همیشه در الکترولیت آبی کاملا حل می شوند.

مانند سایر RFB های واقعی، رتبه بندی قدرت و انرژی سیستم آهن-کروم مستقل از یکدیگر است و هر کدام ممکن است به طور جداگانه برای هر برنامه بهینه شوند و تمام مزایا و تمایزات دیگر RFB های واقعی در مقایسه با سایر سیستم های ذخیره انرژی توسط RFB های آهن-کروم محقق می شود.

باتری های جریان روی برم (ZNBR)

باتری روی-برم یک باتری هیبریدی با جریان ردوکس است، زیرا بیشتر انرژی با آبکاری فلز روی به صورت جامد بر روی صفحات آند در پشته الکتروشیمیایی در هنگام شارژ ذخیره می شود.

بنابراین، ظرفیت کل ذخیره انرژی سیستم به اندازه پشته (مساحت الکترود) و اندازه مخازن ذخیره الکترولیت بستگی دارد و به این ترتیب، توان و انرژی باتری جریان روی برم به طور کامل جدا نشده است.

باتری جریان روی برم توسط اکسون به عنوان یک سیستم باتری جریان هیبریدی در اوایل دهه 1970 ساخته شد.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.