Batteria idrogeno-bromo - Hydrogen-bromine battery

Una batteria al bromo di idrogeno è una batteria a flusso ricaricabile in cui il bromuro di idrogeno (HBr) funge da elettrolita del sistema . Durante il ciclo di carica, quando l'energia fluisce nello stack, H ₂ viene generato e immagazzinato in un serbatoio separato. Un ulteriore prodotto della reazione chimica è l'HBr ₃ , che è anche un elettrolita e viene miscelato nello stesso serbatoio dell'HBr. Durante il ciclo di scarica si consuma H ₂ e si genera energia. L'H ₂ viene nuovamente combinato con l'HBr ₃ e il sistema torna alla fase iniziale con il serbatoio pieno di HBr. L'elettrolita non subisce alcun degrado durante il processo e il sistema è autonomo senza emissioni.

La prima versione potenziata di questa batteria, un sistema da 50KW/100KWh, è stata implementata nel Rotem Industrial Park in Israele. Un sistema commerciale beta, dimensionato a 150KW/900KWh, verrà implementato nel giugno 2016 da un consorzio che comprende AREVA , Schneider Electric ed EnStorage.

Il vantaggio principale della batteria è il suo costo. Il bromo è poco costoso, con più di 400.000 tonnellate prodotte ogni anno in tutto il mondo. Il costo dell'elettrolita è di circa $ 20/kWh. Ulteriori vantaggi includono l'uso su membrane economiche e un'elevata densità di potenza rispetto ad altre batterie a flusso.

Un diverso approccio della batteria si basa sul flusso laminare per separare i due materiali anziché su una membrana, facendo reagire il bromo liquido con il gas idrogeno per generare elettricità. La prima batteria di questo tipo pompava bromo su un catodo di grafite e acido bromidrico sotto un anodo poroso , insieme a gas idrogeno. Il dispositivo funzionava a temperatura ambiente con una densità di potenza massima di 0,795 watt per centimetro cubo. Le prestazioni osservate corrispondevano alle previsioni di un modello matematico che descriveva le reazioni chimiche. Nessun sistema senza membrana è stato ampliato, principalmente a causa dell'equilibrio delle questioni di complessità dell'impianto.

C'è un progetto finanziato dall'Unione Europea in corso che include l'installazione di batterie idrogeno-bromo nel cluster dell'isola di Hinnøya . Il progetto, avviato nel 2019, è un sistema di energia rinnovabile con più fonti. La consegna è prevista per il 2021.

Il bromo è relativamente poco costoso, con oltre 243.000 tonnellate prodotte ogni anno negli Stati Uniti. L'operazione senza membrana riduce i costi e aumenta la durata della batteria.

Applicazioni

Le batterie a flusso redox HBr sono ottimali per le applicazioni che richiedono cicli di scarica giornalieri per periodi di scarica di lunga durata (ad es. 6-12 ore al giorno) per un utilizzo relativamente lungo (ad es. 10-20 anni). Le applicazioni tipiche includono l'integrazione delle energie rinnovabili, il differimento degli investimenti in infrastrutture, la gestione dei picchi e le micro reti.

In particolare per le rinnovabili, è necessario lo stoccaggio di energia a basso costo per abilitare fonti di energia rinnovabile con produzione variabile e persino intermittente, come l' energia solare ed eolica . L'accumulo tampona la produzione variabile della fonte rinnovabile, consentendo a tali fonti di essere considerate energia di base. Tra gli svantaggi di una batteria a flusso H2-Br2 vi sono la bassa densità di energia (inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio) e un complesso equilibrio dell'impianto. Questi inconvenienti impediscono l'uso di batterie di flusso H2-Br2 nelle applicazioni di trasporto. La fase successiva nello sviluppo della batteria a flusso di idrogeno-bromo è la batteria a flusso di idrogeno-bromato.

"Valutazione delle prestazioni di una cella a combustibile rigenerativa idrogeno-bromo", Haley Kreutzer, Venkata Yarlagadda e Trung Van Nguyen, J. Electrochem. Soc. 2012 volume 159, numero 7, F331-F337

Vantaggi

Per la produzione di una batteria a flusso redox HBr non vengono utilizzati metalli rari come il litio e il cobalto .

Riferimenti

• Tolmachev, Yuriy V.; Piatkivskyi, Andrii; Ryzhov, Victor V.; Konev, Dmitry V.; Vorotyntsev, Mikhail A. (2015). "Ciclo energetico basato su una batteria a flusso acquoso ad alta energia specifica e suo potenziale utilizzo per veicoli completamente elettrici e per la conversione diretta dell'energia solare in energia chimica". Giornale di elettrochimica allo stato solido . 19 (9): 2711–2722. doi : 10.1007/s10008-015-2805-z .
• Mody, Cyrus CM (2016). "La storia poco conosciuta della disavventura di Jack Kilby nell'energia solare". Spettro IEEE . 53 (10): 50–55. doi : 10.1109/MSPEC.2016.7572539 .
• https://www.elestor.nl/projects/