Żelazo i ołów zamiast litu. Hiszpanie rozwijają nowy typ magazynu energii

Hiszpańskie centrum badawcze CIC energiGUNE zwalidowało 10 tys. cykli pracy baterii przepływowej wykorzystującej żelazo i ołów. Konstrukcja typu single-flow ma pojedynczy obieg elektrolitu. Kolejnym etapem rozwoju będą moduły o mocy rzędu kilowatów.

Rozwiązanie powstaje z myślą o stacjonarnym magazynowaniu energii przez wiele godzin, przede wszystkim w celu przesuwania nadwyżek produkcji z fotowoltaiki i energetyki wiatrowej na okresy, w których energia jest bardziej potrzebna w systemie.

Opracowana przez CIC energiGUNE bateria iron-lead single-flow wykorzystuje żelazo i ołów jako materiały aktywne. Według baskijskiego ośrodka rozwiązanie zakończyło już walidację obejmującą 10 tys. cykli ładowania i rozładowania w temperaturze od 25 do 30 st. C.

REKLAMA

REKLAMA

Nie jest to jednak jeszcze produkt komercyjny. Projekt przeszedł drogę od pierwszych ogniw laboratoryjnych do większych modułów. Kolejnym etapem mają być moduły w skali kW, których rozwój będzie obejmował modelowanie, projektowanie systemu oraz dalszą walidację eksperymentalną.

Jeden obieg elektrolitu zamiast dwóch

Jednym z najważniejszych wyróżników rozwiązania jest tzw. architektura single-flow. W klasycznych bateriach redox-flow dwa elektrolity cyrkulują w oddzielnych obiegach po obu stronach ogniwa. W konstrukcji żelazo-ołów opracowanej przez CIC energiGUNE elektrolit przepływa tylko po jednej stronie, co pozwala zrezygnować z drugiego obiegu i zmniejszyć liczbę elementów systemu.

Uproszczenie konstrukcji ma być jednym ze sposobów ograniczenia kosztów.

Klasyczne baterie przepływowe mają dodatkową zaletę w postaci możliwości przechowywania elektrolitów w zewnętrznych zbiornikach. Pozwala to w dużym stopniu niezależnie dobierać moc systemu i ilość magazynowanej energii. W przypadku architektury single-flow Fe-Pb zależność ta wygląda jednak inaczej, dlatego nie można wprost przypisywać jej wszystkich właściwości klasycznych układów z dwoma przepływającymi elektrolitami.

Baterie przepływowe pozostają jednak interesującym rozwiązaniem dla zastosowań wymagających wielogodzinnego magazynowania energii oraz dużej liczby cykli pracy, m.in. przy farmach PV i wiatrowych, w mikrosieciach czy dużych zakładach przemysłowych.

REKLAMA

REKLAMA

REKLAMA

Bezfluorowa membrana i brak wanadu

CIC energiGUNE zwraca uwagę, że najbardziej rozwinięte komercyjnie baterie przepływowe wykorzystują obecnie wanad. Jego koszt oraz koncentracja łańcucha dostaw są jednak wskazywane jako bariery dla szerszego skalowania tej technologii. Alternatywą ma być układ żelazo-ołów.

Ośrodek podkreśla, że oba materiały mają dobrze rozwinięte przemysłowe łańcuchy dostaw i recyklingu, co może ograniczyć zależność od surowców krytycznych. Rozwiązanie wykorzystuje również bezfluorową membranę, której zadaniem jest zmniejszenie oporu wewnętrznego oraz ograniczenie niepożądanego przenikania substancji pomiędzy obiema stronami ogniwa. To istotny element wpływający na sprawność i stabilność pracy baterii.

10 tys. cykli to dopiero etap rozwoju

Wyniku 10 tys. cykli nie należy utożsamiać z potwierdzoną żywotnością pełnoskalowego magazynu komercyjnego. CIC energiGUNE podkreśla, że jednym z największych wyzwań jest zachowanie parametrów uzyskanych w małych ogniwach po przejściu do większych modułów, a następnie całych systemów.

Ośrodek rozwija więc równolegle nowe elektrolity, membrany, elektrody, płyty bipolarne i inne komponenty, a także prowadzi modelowanie oraz analizy kosztowe i środowiskowe.

Celem jest znalezienie kompromisu między kosztem, trwałością, sprawnością i możliwością skalowania produkcji. To właśnie wyniki kolejnych etapów zdecydują, czy bateria żelazo-ołów stanie się konkurencyjną opcją dla wielogodzinnego magazynowania energii obok bardziej dojrzałych technologii dostępnych na rynku.