En comparación con las baterías de litio, las baterías de flujo tienen muchas ventajas, como su alta seguridad, su larga vida útil, su electrolito reciclable, su alta rentabilidad durante el ciclo de vida y su respeto por el medio ambiente, y se consideran una de las tecnologías preferidas para el almacenamiento de energía a gran escala, con una amplia perspectiva de aplicación.
Dependiendo de la sustancia activa del electrolito, las baterías de flujo pueden dividirse en muchos tipos, siendo los más típicos las baterías de flujo de hierro-cromo, las baterías de flujo de vanadio y las baterías de flujo de zinc-bromo. Este artículo presentará algunos conocimientos básicos sobre los componentes de las baterías de flujo.
Separador de baterías de flujo
● Cuando se trata de separador de baterias, algunos de los parámetros más importantes en los indicadores de rendimiento de los separadores y baterías de flujo son: la conductividad eléctrica, la permeabilidad iónica, la migración de agua, la durabilidad y la resistencia mecánica. La conductividad se divide en conductividad de superficie y conductividad de penetración, la permeabilidad iónica se divide en permeabilidad de iones de hidrógeno y permeabilidad de iones activos, y la resistencia mecánica se divide generalmente en resistencia a la tracción y alargamiento a la rotura en las direcciones x e y.
● La conductividad del separador se asocia principalmente con la eficiencia de la tensión de la batería, especialmente a altas densidades eléctricas, un separador con mala conductividad simplemente no puede ser cargado y descargado a altas corrientes. Después de montar la batería, se recomienda probar la resistencia interna de la batería con el electrolito en el mismo estado inicial, correlacionando los tres conductividad del separador – resistencia interna de la celda – eficiencia de Coulomb a diferentes densidades eléctricas. Todas las condiciones iniciales y las temperaturas deben mantenerse iguales antes de cada prueba.
● Al hacer la investigación de los separadores, sólo la diferencia en la permeabilidad iónica del separador y al orden de la diferencia de magnitud, al hacer la carga y descarga de la batería, habrá alguna diferencia en la eficiencia del culombio y alguna diferencia en el índice de tasa de decaimiento de la capacidad.
● La resistencia mecánica del separador está relacionada principalmente con la durabilidad. Dado que los separadores de baterías de flujo están siempre en líquido, al hacer las pruebas de resistencia mecánica, la resistencia mecánica de los separadores secos y húmedos puede hacerse por separado.
● La migración de agua y la tasa de transmisión de iones del separador afectan seriamente al equilibrio de la valencia positiva y la concentración del electrolito, y el rendimiento de las baterías de flujo está fuertemente influenciado por el SOC del electrolito, por lo que al hacer comparaciones del rendimiento de carga y descarga del separador, es necesario considerar el estado del electrolito y mantener el mismo estado inicial del electrolito.
Electrodo de baterías de flujo
● Los fieltros de grafito se utilizan generalmente para los electrodos de baterías de flujo, principalmente por las siguientes razones: buena reactividad y reversibilidad, alta conductividad, fácil difusión y distribución homogénea de las sustancias activas en el electrolito, buena resistencia a la corrosión, cierta resistencia mecánica, alto sobrepotencial de precipitación de hidrógeno y oxígeno, etc.
● Si la reactividad y la reversibilidad de los electrodos son lo suficientemente elevadas, las baterías de flujo pueden cargarse y descargarse con normalidad a altas densidades de potencia, el sobrepotencial de polarización de activación resultante no será demasiado elevado y el aprovechamiento del electrolito no se verá gravemente degradado al aumentar la densidad de potencia. Por lo tanto, para aumentar la densidad de potencia de las baterías de flujo, es esencial que los electrodos sean altamente activos y reversibles. Para aumentar la actividad de los electrodos, se utilizan los habituales tratamientos de alta temperatura y ácidos, los tratamientos con oxidantes fuertes y la adición de catalizadores.
● Para conseguir una transferencia eficaz y una distribución uniforme del electrolito en el electrodo, éste debe tener una estructura tridimensional con una porosidad adecuada y una distribución uniforme de los huecos del electrodo, así como un ángulo de contacto pequeño con el electrolito, de modo que el electrolito pueda distribuirse lo más uniformemente posible en el electrodo a este nivel.
● Los electrodos deben tener cierta resistencia mecánica y dureza para poder soportar ciertas deformaciones en el montaje de la pila, que es una de las principales razones por las que el papel carbón puede utilizarse en pequeñas celdas individuales pero aún no se utiliza en grandes pilas.
Sistema de control de temperatura para baterías de flujo
● Como las baterías de flujo son exotérmicas en su funcionamiento, las baterías de flujo pueden ponerse en marcha a bajas temperaturas, sólo que con menor eficiencia, por lo que generalmente se utilizan sistemas de refrigeración, y los sistemas de refrigeración se dividen generalmente en refrigeración por aire y por agua. En el caso de las plantas de almacenamiento de energía tipo planta, generalmente se utiliza la refrigeración por agua, y en el caso de los módulos móviles de almacenamiento de energía de flujo, generalmente se utiliza una combinación de refrigeración por aire y por agua.
● Dado que el electrolito de las baterías de flujo es una solución altamente ácida y oxidante, cuando se utiliza un sistema de refrigeración de circulación forzada por agua, el material del sistema de refrigeración debe ser resistente a los ácidos fuertes y a la oxidación, y también hay que tener en cuenta la resistencia a la presión del sistema de refrigeración.
● Los sistemas de refrigeración forzada para baterías de flujo se utilizan generalmente para enfriar el electrolito positivo o negativo, teniendo en cuenta los costes de construcción. El sistema de refrigeración suele instalarse entre la salida de la chimenea y la entrada del tanque, mientras que el filtro suele instalarse en la tubería entre la salida del tanque y la entrada de la chimenea.
● Las plantas de almacenamiento de energía generalmente utilizan sistemas de refrigeración, mientras que para los monobloques de prueba, generalmente se considera el aislamiento, principalmente para obtener una mayor eficiencia de la célula, mientras que la temperatura es constante y el rendimiento de la célula es más estable. Para las baterías de flujo de vanadio, la temperatura óptima de funcionamiento de la batería es de unos 30°C, y para las baterías de flujo de ferrocromo es de unos 65°C.
Placa bipolar de baterías de flujo
● Las principales placas bipolares de las baterías de flujo son las placas metálicas, las de grafito y las de material compuesto. Las placas metálicas se utilizan raramente en las baterías de flujo debido a su escasa resistencia a la corrosión, las placas de grafito se utilizan más a menudo en los laboratorios debido a su fragilidad y a su buena conductividad, y las principales que se utilizan actualmente en ingeniería son las placas compuestas, que se utilizan más a menudo en las placas bipolares de plástico conductor y en las placas bipolares flexibles, generalmente con un espesor de 0,6-1mm.
● La evaluación de la corrosión de la placa bipolar de baterías de flujo utiliza generalmente el método de la curva de polarización del potencial cinético, utilizando como parámetros de evaluación la corriente de corrosión, el potencial de corrosión y la resistencia a la polarización. En cuanto a la estabilidad del rendimiento a largo plazo de las placas bipolares, la impedancia electroquímica en la electroquímica de la corrosión puede utilizarse como herramienta de evaluación.
● En la investigación y el desarrollo de baterías de flujo de placa bipolar, a menudo se pasa por alto la resistencia de contacto. Si no se puede confirmar que la resistencia de contacto es un pequeño porcentaje de la batería en general, es necesario probar la resistencia de contacto. Al medir la resistencia de contacto, es importante tener en cuenta que los diferentes materiales entre y los estados de contacto pueden afectar a la resistencia de contacto. La resistencia de contacto es diferente de los métodos de prueba de conductividad de la placa bipolar. La conductividad de la placa bipolar puede probarse utilizando un medidor de resistencia de cuatro sondas, mientras que la resistencia de contacto puede probarse utilizando un medidor de resistencia común manteniendo las mismas condiciones de prueba.
● Las baterías de flujo son una combinación de electrodos, placas bipolares y marcos de flujo de fluido que se sueldan entre sí. El principal problema es la fiabilidad de los ciclos a largo plazo; después de ciclos de carga y descarga prolongados, existe un problema de desprendimiento entre los electrodos y las placas bipolares, lo que provoca un aumento de la resistencia.
● Los indicadores clave de las placas bipolares de baterías de flujo son: conductividad eléctrica, resistencia mecánica, permeabilidad, resistencia a la corrosión, etc. La conductividad eléctrica se divide en dos aspectos: la conductividad del propio material y la resistencia de contacto con los electrodos. Hay que prestar atención no sólo a la resistencia a la tracción y a la compresión, sino también a la resistencia a la flexión.
