p Em 2020, A China planeja lançar o maior complexo de baterias do mundo com capacidade de 800 MW * h (aproximadamente esta quantidade de energia por ano é consumida por uma residência com 200 apartamentos). Este complexo não é baseado nas baterias usuais de íon-lítio ou chumbo-ácido, mas na bateria de fluxo redox, onde a eletricidade é armazenada na forma de energia química de soluções - eletrólitos. A bateria consiste em dois tanques nos quais os eletrólitos são armazenados e o conjunto membrana-eletrodo (MEA) - as soluções são fornecidas ao MEA por bombas onde passam por reações eletroquímicas que fornecem carga e descarga da bateria. p Devido a esta configuração, baterias de fluxo redox, ao contrário de muitos outros dispositivos de armazenamento de energia, permitem escalonamento independente de potência e capacidade da bateria, que são determinados pelo tamanho de MEA e volume de eletrólito, respectivamente. Além disso, As baterias de fluxo redox apresentam autodescarga mínima durante longos períodos e seus eletrólitos não se degradam, mesmo após dezenas de milhares de ciclos operacionais, tornando-os candidatos promissores para o armazenamento de grandes quantidades de energia nas redes elétricas inteligentes. Por exemplo, eles podem armazenar o excesso de eletricidade gerada por células solares fotovoltaicas durante o dia e gerar eletricidade de reserva à noite ou em tempo nublado.

p "As baterias de fluxo estão sendo ativamente integradas às redes de energia da China, Alemanha e outros países, por um lado, e por outro lado, continuam a ser desenvolvidos e refinados em laboratórios, "comenta um dos autores da obra, pesquisador do NTI Competence Center no IPCP RAS, Dmitry Konev. "Propusemos um design completamente novo de MEA, o que facilitará o processo de pesquisa e reduzirá significativamente o limiar de entrada para novos grupos de pesquisa nesta área. No futuro, isso ajudará a alcançar um progresso significativo e trará recursos de energia distribuída de posicionamento de nicho para um nível muito alto de comercialização, incluindo na Rússia. "

p Sanduíche com recheio a laser

p O MEA é o coração da bateria de fluxo. Parece um sanduíche de diferentes materiais de folhas, dividido em duas partes simétricas alimentadas com seu próprio eletrólito. Quando a bateria está conectada a uma fonte de alimentação, o único eletrólito é oxidado, enquanto outro está reduzindo e assim a bateria é carregada. Depois disso, a fonte de alimentação pode ser desconectada e substituída por um consumidor de energia - os eletrólitos passarão por processos reversos e a bateria começará a descarregar.

p Uma parte importante do MEA são as placas de campo de fluxo, camadas sanduíche através das quais o eletrólito é bombeado para os eletrodos, onde os eletrólitos são oxidados ou reduzidos. O desempenho da bateria, ou seja, potência e eficiência, dependem fortemente de quão bem os campos de fluxo estão organizados. Portanto, pesquisadores costumam selecionar diferentes tipos de campos para otimizar o desempenho da bateria, mas esta é uma tarefa muito trabalhosa:os campos de fluxo são fresados ​​em placas de grafite densas, que é um procedimento demorado. Pesquisadores russos propuseram uma abordagem diferente.

p "Formamos campos de fluxo usando várias camadas finas de materiais de grafite flexível:os padrões necessários neles são cortados por um laser e, em seguida, essas camadas são sobrepostas umas às outras para obter o campo necessário, "diz o primeiro autor da obra, Roman Pichugov, pesquisador da Universidade Mendeleev. "O procedimento para criar campos de fluxo leva apenas alguns minutos, que é muito menos do que a moagem tradicional de grafite. Mais, materiais mais baratos são usados, e como resultado, há mais espaço para variação e seleção de campos de fluxo. "

p Da célula para a pilha

p As baterias de fluxo podem operar com diferentes tipos de eletrólitos. Os mais comuns (incluindo aqueles que estão instalados na China e estão sendo introduzidos em outros países) utilizam eletrólitos de vanádio, nomeadamente soluções de sais de vanádio. Este é o eletrólito no qual os cientistas russos testaram o projeto de suas células. Eles classificaram vários tipos de campos de fluxo, variou a taxa de fluxo do eletrólito e obteve resultados que em nível qualitativo coincidem com os melhores estudos mundiais e em nível quantitativo até os superam ligeiramente:o poder do MEA testado excedeu ligeiramente o poder de células semelhantes no grafite.

p Assim, o novo design do MEA está simplificando muito os testes de laboratório e, no futuro, pode ser usado em sistemas reais de armazenamento de energia para redes elétricas distribuídas. Cientistas russos em colaboração com a InEnergy LLC estão desenvolvendo e testando uma bateria de fluxo de vanádio composta de 10 dessas células com uma potência total de 20 watts. A construção da própria célula e a pilha de 10 células são protegidas por patentes, o último dos quais pertence à empresa ADARM, criado pelos funcionários da MUCTR. Além disso, os cientistas estão desenvolvendo outros tipos de baterias de fluxo utilizando diferentes eletrólitos com base no projeto proposto de MEA.