Nyt materiale kan sikre gennembrud for flowbatterier til vindmøllestrøm

I flowbatterier kan man lagre elektrisk energi ved at omdanne det til kemisk energi, som sidenhen kan konverteres tilbage til elektrisk energi. Det sker ved at man har to forskellige elektrolytter i den positive og negative halvcelle. Flowbatteriet har sit navn, fordi de kemiske stoffer pumpes gennem batteriet og lagres i adskilte eksterne tanke.

Det er det forhold, som muliggør lagring af store energimængder, og som gør flowbatterier interessante i forbindelse med vindmøller og solceller.

Inden for de seneste år er det især vanadium-flowbatterier, der har været studereret og taget i anvendelse i en række specialsituationer.

Når vanadium-flowbatteriet oplades, fjerner man en elektron fra V4+-ioner i den positive halvcelle, som omdannes til V5+, samtidig med at V3+ tilføres en elektron i den negative halvcelle, som omdannes til V2+. De to halvceller er adskilt af en membran, der tillader passage af protoner. Ved afladning sker de modsatte reaktioner.

Problemet er blot, at vanadium er dyrt.

Michael Aziz’ forskningsgruppe fra Harvard University i USA har nu et langt billigere alternativ.

I den positive halvcelle bruger de en elektrolyt bestående af Br2 og HBr – som allerede i dag anvendes i andre flow-batterier.

Det afgørende gennembrud er sket ved at benytte en elektrolyt i den negative halvcelle, der er baseret på reaktion mellem quioner og hydroquioner.

Benzoquinon (C6H4O2) er dannet ud fra benzen (C6H6) ved, at en dobbeltbinding mellem to kulstofatomer brydes, og der indsættes to styk dobbeltbundet oxygen.

Forskerne benytter en variant af en kompliceret quinonforbindelse (C14H8O2), der kaldes AQDS og dets hydroquinon-varianter.

De har dermed lavet et metalfrit quinon-brom-flowbatteri med en galvanisk effekttæthed på 0,6W/cm2 ved en strømstyrke på 1,3 A/cm2. Cellespændingen er 0,9 V.

Forskerne estimerer de kemiske omkostninger pr. kilowatttime lagret energi til 33 kr. for brom og 115 kr. for AQDS. Til sammenligning er den tilsvarende pris ved vanadium på 445 kr. og omkring 2.500 kr. ved lithium-ion-batterier.

Nature, 9. januar 2014

Emner : Batterier
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Nej. Men det bør naturligvis undersøges. Der kun foreløbige resultater, der viser at kapaciteten er uforandret efter 15 genopladninger.

Der er sikkert også en del andre forhold, der skal studeres yderligere, før man kan overveje at kommercialisere forskningsresultatet.

  • 5
  • 0

Til 74kr pr KWh (går ud fra at man skal bruge 50% af brom og AQDS), så kan det da bestemt betale sig til dem der sætter solceller op i dag - som altså ikke er med på netto ordningen > Det kunne fint flytte dag produktionen til behovet om aftenen.

Spørgsmålet er så hvor stort batteriet skal være for at kunne dække et helt år med solceller alene, og ikke mindst, hvis man kun havde en vindmølle, og til sidst, kombinationen af sol og vind :) (Men det kommer der jo sikkert en ekstra, ekstra afgift på, så vi ikke skal diskutere salg af tomater, her på ing.dk!)

Men... Hvad fylder stadset? Synes kun der er omtalt 2D mål, slet ikke 3D... Og... Hvor meget går tabt ved at "lade" batteriet op?, og hvor meget går tabt ved varmeafvikling ved afladning?

  • 5
  • 0

Men... Hvad fylder stadset? Synes kun der er omtalt 2D mål, slet ikke 3D...

Spekulerede på det samme. Jeg fandt en kommentar på nettet der indikerer 50 kWh/m3:

http://hardware.slashdot.org/comments.pl?s...

I'm not an expert in any applicable field, but as I have institutional access to the original paper, I scanned it to find what looked to me like relevant numbers. As I interpret the above:

It generates about 0.5W cm^-2 of membrane, so you'd need 2m^2 to get 1 kW output. (But presumably this can be in some compact folded/layered configuration.) It can charge much faster than it discharges: that 2m^2 of membrane would let you charge at about 4kW.

The storage capacity of the battery fades at less than 1% per charge/discharge cycle.

One litre of reactants lets you store 50Wh of energy (i.e. 20kg for a kilowatt hour) I think the last paragraph is saying that, neglecting pumping costs, it returns about 95% of the energy you put into it.

  • 5
  • 0

Spekulerede på det samme. Jeg fandt en kommentar på nettet der indikerer 50 kWh/m3:

Hvis du vil gemme et helt års produktion fra dine 6 kW solceller, så skal du have en tank på 120 kubikmeter. Ikke verdens mindste tank men det kan lade sig gøre.

Hvor meget man mon har brug for, for at kunne gå off-grid? Et halv års produktion må være rigeligt. Men med en pris på 74 kroner/kWh, så giver det alligevel en pris på 200.000 kroner. Plus 100.000 kroner for solcellerne. Det giver en temmelig lang tilbagebetalingstid.

Til gengæld bliver faldende kapacitet med brug ikke et problem. Du vil i gennemsnit kun få kørt en hel cyklus på et år. Hvis bare det holder 100 cyklusser, så er det en andens problem længe inden.

Hvis du også planlægger at lade din elbil på systemet, så skal du cirka fordoble størrelsen.

  • 1
  • 0

1 kilowatt time til 33- 115 dadler.. Den time koster ca. 2 kr. For os kunder.Og nu vil nogle "smarte" vil lokke os til at tro der er fidus i at igen at købe den time til super overpris.. Så sandelig er ledpæren "blevet" en 500 w glødelampe, økonomisk set.

De må sgu da have sat sig på sutten..

  • 1
  • 15

Hvor ofte har vi ikke hørt at NU kommer vindmølle-overskuds-lageret. De artikler kommer med så jævnlige mellemrum, at man forledes til at tro, ING bevidst bringer dem til torvs som en form for propaganda. Man vil holde gang i håbet, for at fremme udbygningen af vindkraft.

Lidt mere kritisk tilgang til stoffet ville klæde ING. Osmoseanlæg, hæve-sænke-landskaber og gigant-batterier beskrives som 'gennembrud' selvom de teknisk set er ren fabulering.

  • 3
  • 9

Nej. Men det bør naturligvis undersøges. Der kun foreløbige resultater, der viser at kapaciteten er uforandret efter 15 genopladninger.

vs

The storage capacity of the battery fades at less than 1% per charge/discharge cycle.

Der er ret stor forskel på 0% og (mindre end) 1% pr afladning :( Med 1% tab i kapacitet pr afladning er det jo lige før vi er nede på blysyre batteriers holdbarhed(?) - også selvom disse ser ud til iflg. artiklen at være væsentligt dyrere pr KWh.

Har de identificeret hvad der forkludre kapaciteten over tid, såfremt dette er tilfælde?

  • 2
  • 2

Kunne man ikke forestille sig, at elbiler (rettere flow-biler?) havde 4 væskeporte; to til brugt flow-væske og 2 til nyt flow-væske?

Dog skal der passes på brom, da det er giftigt: https://da.wikipedia.org/wiki/Brom

-

8 January 2014, A metal-free organic–inorganic aqueous flow battery: http://www.nature.com/nature/journal/v505/... Citat: "... Fourth, solubility: AQDS has an aqueous solubility greater than 1 M at pH 0, and the quinone solution can thus be stored at relatively high energy density—volumetric and gravimetric energy densities exceed 50 W h l^−1 and 50 W h kg^−1, respectively. ... Optimization of engineering and operating parameters such as the flow field geometry, electrode design, membrane separator and temperature—which have not yet even begun—should lead to significant performance improvements in the future, as it has for vanadium flow batteries, which took many years to reach the power densities we report here6. ..."

  • 1
  • 0
  • ingen tvivl om det. Den beskrevne teknologi kan være fremtiden, eller kan være et skridt på vejen.

Men diskussionen handler om off-grid (dvs. husstanden kan gemme energi fra e.g. dagsproduktion til natforbrug), så husk lige, at afregnings-ordningerne (netto-ordning på timeafregning) er politisk fastlagt. Det er ikke en naturgivet, uomgængelig ordning. Når altså lige vi ser væk fra de grådige skatte- og finansministre, som har ændret opfattelsen fra afgiftsbaseret adfærdsændring til provenubaseret indtægtskilde.

Den simple løsning er selvfølgelig at lave en uge / måned / årsbaseret nettorordning. Argumentet herfor er, at al ikke-fossilbaseret energiproduktion er godt. - Der er så hensyn til energiselskabernes omkostning for at opretholde en stabil elforsyning, herunder også forsyningspligt (hvis solcellebidraget til produktionen falder bort pga. fejl eller lignende). - Der er så også, desværre, kommet hensynet til staten, som har fundet sig en Cash-cow, og som derfor ikke træffer objektive, rationelle beslutninger, men kortsigtede provenu-orienterede beslutninger.

Den ulovlige løsning er at trække et (ulovligt) kabel over hækken til naboen, så dagsproduktionen fra solcellerne med sikkerhed bruges lokalt. Med en bimåler til kr.1000, så er løsningen lige for. Mon ikke gode naboer kan enes om en afregningspris. Og vhorfor kan jeg ikke have solceller på mit sommerhus, og bruge energien i mit helårshus som én forbruger ? - Også derfor er den nuværende løsning uholdbar.

Der er sikkert ikke kun én løsning.

Personligt tror jeg på noget med fuel-celler, hvor overskudsenergi lagres kemisk i en tank, og som så fødes tilbage på de sorte dage og måske om natten. Og da 95% af varforsyningen i Danmark er baseret på vand-anlæg, så skal man ikke glemme solvarme, som er en effektiv supplering (mange gange bedre end solceller - fordi virkningsgraden er meget bedre).

Vi mangler TRE gode effektive teknologier: - højeffektive solceller (så mere end 10/15% af solenergien kan omformes) - lagring af el (= batterier eller en fuel-cell lignende konstruktion) - regulering af elforsyningsnettet (så vind- og solcelleenergi kan stabiliseres i nettet)

Desværre har udviklingen ligget stille, næsten, i mange år. Hvis man troede at energikrisen i 1973 var et startskud, så har men endu noget at lære......

  • 2
  • 2

Argumentet herfor er, at al ikke-fossilbaseret energiproduktion er godt.

Det er jo ikke et argument. Hvis du mener samfundet skal betale, så må målestokken være om hvad der er bedst for samfundet, og her kommer det jo ind i billedet at der er flere alternativer. Hvis du for X kroner kan skaffe Y kWh med dine solceller og jeg for X kroner kan skaffe Y * 5 med en havvindmøllepark som i øvrigt er bedre korreleret med forbruget, hvorfor skal du så have pengene fremfor jeg?

Så vidt jeg har forstået, er dette et virkeligt dilemma - nogle af de mølleparker der skal bygges frem mod 2020 bliver forsinket på grund af udgifter til solceller.

  • 0
  • 2

Er der nogen der har en ide om hvad blybatterier koster til sammenligning? Simpel og gemenprøvet teknologi. Veletableret kredsløb for genanvendelse. Nu er det til stationært brug, så plads og vægt er ikke kritisk.

  • 0
  • 1

Er der nogen der har en ide om hvad blybatterier koster til sammenligning?

Hvad med at du selv googlede lidt og så regnede dig frem til at det nok ikke er praktisk at lagre to dages elforbrug i blybatterier. Der skal vel 200kg blybatterier til bare at stege en flæskesteg, specielt hvis du ikke vil smadre batterierne. Men du kan jo sidde i soveværelset og spise havregryn i mørke i fire dage indtil der kommer vind igen, så kan du nok få plads til batterierne i din dagligstue. Held og lykke med dit grønne 'smart' projekt.

  • 1
  • 4

Et flowbatteri er et kemisk procesanlæg, det må også optager en betragtelig plads. En telefoncentral har kælderen fyldt med blybatterier. U-både anvender fortsat blybatterier. Li-batterier er smarte til elbiler og transportable gadgets med lavt effektforbrug. Men i dette tilfælde er det mere relevant at sammenligne med bly.

  • 0
  • 1

Jeg forsøger ikke at argumentere for den ene eller den anden kilde til vedvarende energi.

Jeg forsøger at skære igennem en misforståelse angående behov for individuel lagring.

Dette pseudobehov udspringer af den eksisterende pris- og afgiftsstruktur, hvor en individuel lagring kan omgå den time-baserede afregning.

Kablet-over-hækken er et indlysende, simpelt, forsøg på at vise en lavteknologisk, men ulovlig, løsning på gældende regler. Så hvis jeg bruger 25 kWh i dagtid, og min nabo andre 10 kWh, så kan vi jo lige netop bruge min 35 kWh dagsproduktion - på en god dag.

P.S.: Det er naturligvis relevant, som du anfører, at se på prisalternativerne. Men når der er truffet en politisk beslutning om mere vedvarende energi, så må de nødvendige anlæg opføres. Det kan være som individuelle anlæg med tilskud, som der er tradition for, eller ved diktat (lovgivning) som pålægger selskaberne at basere sig på en vis (stigende) % vedvarende energi. Kæp eller gulerod ? Vælg selv. I øvrigt er jeg ikke sikker på den famøse solcelleordning er så skæv. I stedet for at se på "tabte afgiftsmilliarder", så se på vundne "moms-milliarder". For 100.000 anlæg anskaffet til kr.150.000 styk er der betalt 100.000 x kr.30.000 i moms = kr.3.000.000.000 og sat tusinde håndværkere i arbejde. Det tager nogle år at høvle dette af gennem tabte afgifter osv. Måske en god samfundsforretning ....

P.P.S.: Jeg har nogen baggrund i stærkstrøm, og det er for mig indlysende at de gamle grå energielefanter bare ikke vil komme med teknologiske løsninger på stabilisering (spænding og frekvens) af elnettet, men alene vil bevare deres kraftværkskirkegårde. Når man kan konvertere 1000+MW jævnstrøm til vekselstrøm og omvendt, så skulle det vel også være muligt at styre faseforskellen elektronisk - og dermed sikre stabilitet.

  • 1
  • 0

Det står (også) her: http://en.wikipedia.org/wiki/Lead_batteries og læg mærke til: Cycle durability 500–800 cycles

Hej Bo

Det er en fatamorgana, hvis du tror du får så mange fulde ladecykler.

Databladet viser 200-280 fulde cykler (slut 60% kapacitet). Sætter du grænsen til 80% får du kun 170-200 fulde cykler: http://www.power-sonic.com/images/powerson...

-

Fra:

https://da.wikipedia.org/wiki/Energi#Eksem...

Standard bilakkumulatorer klarer 75 fulde ladecykler. Pris 6,5 kr@75fc per kWh.

Nogle af de bedste blyakkumulatorer klarer 450 fulde ladecykler. (Trojan 24-GEL 12V 77Ah 24 kg 1900kr). Pris 4,57 kr@450fc per kWh.

A123 Systems ALM-12V7-B (LiFePO4) kan ikke urealistisk klare 7500 fulde ladecykler og de har indbygget BMS ( https://da.wikipedia.org/wiki/Battery_mana... ), som tjekker enkelt serie(celle). Pris 1,67 kr@7.500fc per kWh.

-

Hvor mange gange har du lyst til slæbe blyakkumulatorer, når du istedet kan anvende A123 Systems (LiFePO4) til en billigere driftsomkostning og med indbygget BMS?

  • 3
  • 0

Jeg har ingen formodninger om hvor mange lade cyklusser man får på et blybatteri. Men man skal ikke ligge for meget i tallet for lade cyklusser, for hvor ofte har man brug for at aflade batteriet helt, i daglig drift vil man ofte opererer i intervaller 75-100%, og sjældent komme under 50%. Derfor kan et bilbatteri holde til dagligt brug i 10 år. Det sidste skiftede jeg efter 7 år, fordi det ikke havde effekt nok ved ekstrem kulde (-25°C), men til stationært brug, f. eks. i en kælder, er det ikke noget problem. Hvis man skal have et selvforsyningssystem, kræver det en betydelig batteri reserve, for det tilfælde at det er vindstille og gråvejr i en længere periode, men ofte skal bruger man kun batteriet natten over. Jeg har ikke specielt lyst til at slæbe på blybatterier, men til stationært brug er det ikke noget stort problem. Når jeg nævner blybatterierne er det primært fordi ingeniørens debatsider ofte byder på hig-tec løsninger på simple problemer. Hvorfor man anvender Li-batterier til "langsomme" færger har jeg svært ved at forstå, men beslutningstagerne kan også blive forblændet af teknologien. U-både holder sig forsat til blyet, det har man 100 års erfaring med, man skal jo også kunne dykke.

  • 0
  • 0

Når jeg nævner blybatterierne er det primært fordi ingeniørens debatsider ofte byder på hig-tec løsninger på simple problemer.

Vi har regnet på det før. Du kan søge i nogle af de ældre artikler og debatter, hvis du vil se udregningerne. Det er åndsvagt dyrt, også selvom du kun vil gemme strøm til et par dage. At være helt selvforsynende er slet ikke realistisk med batterier på nuværende tidspunkt.

Litium-batterier er ingen løsning på at være selvforsynende med energi. Men når de bruger dem i færgerne, så er det fordi at bly-batterierne ikke er økonomiske når man har brug for mange cykler.

Mange typer litium-batterier har været på markedet i mindre end 10 år, så når ubådene ikke bruger denne batteritype, så er det simpelthen fordi de skibe blev bygget før batteritypen blev opfundet og modnet. Det er endog meget sandsynligt at man vælger at ombygge dem til nye batterityper. Højere energidensitet betyder mulighed for at være neddykket i længere tid, foruden at økonomien også er vigtig.

  • 1
  • 0

Hvad er nyttevirkningen for brint, hvis den evt. lagres i hhv. ballon/trykflaske(r)? http://www.ahorn.dk/asu/base/energi/energi...

Det kan være at gaskomfuret kan få en renæssance. Lige som "bio-pejse" er blevet "IN" pga. hygge og forholdsvis CO2-Neutral, så kan gasbrændere jo være lige så gode til opvarmning?

Hvis man kunne lave en billig tørretumbler/vaskemaskine der benytter gas til opvarmning, kunne måske halvdelen af ens energiforbrug i dagligdagen (sammen med gaskomfuret og ev.t frys/køl) kører på brint fra elektrolyse fra solceller/vindmølle. Brintproduktionen kunne jo automatisk starte i stedet for at sælge den for 60 ører pr. kWh til elnettet, når "bufferen" på en time er gået/brugt.

Vil brint'en have en værdi der overstiger de 60 ører pr. kWh der sælges til elnettet, når "bufferen" på en time er gået/brugt?

  • 0
  • 0

Et solanlæg der producere 12 kWh på en dag optager altså imellem 2,19-2,64 m3 brint ved en nyttevirkning på 64-77% ukomprimeret med elektrolyse.

Nyttevirkninger er desværre kun på 34-44% ved en komprimering på 80 bar tilbage til elektricitet alene, men hvis varmen også udnyttes er den oppe på 48-62%. Der står også at nyttevirkningen tilbage til el er ca. 60%, altså må den på ukomprimeret være oppe på 38,4-46,2% uden udnyttelse af varmen. Er det bedre end et blysyrebatteri?

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten