Miért dobol tovább a játéknyuszi? Elektrokémiai áramforrások Láng Győző Eötvös Loránd Tudományegyetem, Kémiai Intézet, Fizikai Kémiai Tanszék & Elektrokémiai és Elektroanalitikai Laboratórium
Melyik mivel működik?
Adott egy önként végbemenő kémiai reakció (redoxireakció): Red(1) Ox(2) Ox(1) Red(2) Elektronátadás közvetlenül Rá lehet-e venni az elektronokat a kerülő útra? és közben munkát lehetne végeztetni velük
Játszódjanak le a részfolyamatok térben elválasztva! Elektrokémiai Cella
r G G ξ p, T 0 Zn Cu 2 Zn 2 Cu Zn 2 2e Zn Cu 2 2e Cu Daniell-cella
r G G ξ p, T 0 2H2 O2 2H2O 4H 4e 2H 2 O2 4H 4e 2H2O
Bagdadi elem i.e. 250. 1936. Irak-Múzeum ásatásai. Tényleg az volt?
Bologna 1789. Galvani egy békacombot rézkampóval a vas ablakrácsra erősített. Megfigyelés: a békacomb mindig megrándult, ha hozzáért a vasrúdhoz. Ezt akkor is sikerült előidézni, ha egy sárgaréz- és egy vasdrótot nyomott a béka gerincébe. Magyarázata: állati elektromosság vagy életerő.
Pavia Kétségbe vonta Galvani elképzelését Szisztematikus kísérletekkel kimutatta, hogy a jelenség előidézéséhez az elektromos áram létrejöttéhez a vasból, a rézből és az izmokban található sós folyadékból álló zárt áramkör szükséges. 1792. A Volta-féle pohárelem : egy cinkrúd és egy rézrúd merül híg kénsavoldatba. 1800. Volta-féle oszlop: az első, a gyakorlatban is használható galváncella.
1815. München, Elektrosztatikus óra, Zamboni-féle oszlop Több száz vagy ezer cinkkel, illetve rézzel bevont köralakú papírlapocskából összeállított galvánlánc. A lapok fémes részei érintkeznek s úgy vannak elhelyezve, hogy a cinkkel bevont felületek mind egy irány felé állanak, a rézzel bevontak az ellenkező irány felé. A lapok erősen összepréselve üvegcsőben vannak elhelyezve, melyet egy-egy fémlap zár el. (Révai lexikon) 1840. Elektromos ingaóra. Áramforrás: a nedves földbe ásott cink és rézlemez.
1836. Daniell-cella
1839. Tüzelőanyag-elem (hidrogén - oxigén) 1844. Grove elem (Pt - Zn)
1854. Az ólomakkumulátor alapját képező elektrokémiai rendszer felfedezése. A kénsav galvanikus úton való felbontására tett kísérlet során ólomelektródokat használt. Megfigyelte, hogy amikor az áram be van kapcsolva, a pozitív elektródra ólomdioxid rakódik. Amikor kikapcsolta a külső áramforrást, és a két elektródot összekötötte, akkor a külső körben áram folyt mindaddig, míg az ólomdioxid újra el nem bomlott.
1859. Sinsteden kísérleteiről mit sem tudva 1859-ben Raymond Louis Gaston Planté francia fizikus ugyanezt figyelte meg, és a jelenséget úgynevezett akkumulátorcellák, akkumulátorok vagy áramgyűjtők előállítására használta fel. A gyakorlatban végül is Planté elemei és akkumulátorai terjedtek el.
1867-68. Cink mangán-dioxid elem
1886. Az első szárazelem 1899. Nikkel-kadmium akkumulátor 1901. Nikkel-vas lúgos akkumulátor
1942. Higany-oxidos Ruben-Mallory gombelem Duracell
Lúgos mangán-dioxid cink elem 1950-1959. Eveready Energizer 1954. Napelemek (solar battery) És így tovább
Elektrokémiai reaktorok Az elektrokémiai reakcióknak nagy a gyakorlati jelentősége, mivel az elektrokémiai cellában spontán lejátszódó kémiai reakció (a cellareakció) szabadentalpiaváltozása közvetlenül elektromos munkaként hasznosítható, vagy benne elektromos munka befektetésével kémiai reakció játszatható le. Az első esetben galváncellákról, (kémiai áramforrásokról, elemekről), a második esetben pedig elektrolizáló cellákról beszélünk. A cellában mindkét esetben kémiai átalakulás játszódik le, ezért az ilyen cellát elektrokémiai reaktornak is szokás nevezni.
A hőerőgépek a tüzelőanyag oxidációjával termelt hő által végzik a hasznos munkát. Mivel a hő folyamatosan működő gépben a termodinamika elvei szerint csak korlátozottan alakítható át hasznos munkává, a legkorszerűbb hőerőgépek hatásfoka is csak 40% körüli. Számos galváncella gyakorlatilag is jó közelítéssel reverzibilisen, 90% körüli hatásfokkal működik. Elvileg minden galváncella felhasználható hasznos munka végzésére, pl. úgy, hogy pólusai közé megfelelő elektromotort iktatunk.
A galváncellák működésekor (kisütéskor) a cella negatív elektródjában oxidáció, pozitív elektródjában pedig redukció megy végbe. A galváncella negatív elektródja anód, pozitív elektródja pedig katód.
A működő elektrokémiai reaktor E elektromos potenciálkülönbségének abszolút értéke megadható az E = E 1 E 2 + IR c összefüggéssel, ahol E 1 és E 2 a cella elektródjainak elektródpotenciálja ugyanazon referenciaelektródra vonatkoztatva, R c a cella belső ellenállása. IR c értéke negatív galváncella, pozitív elektrolizálócella esetén.
A kémiai áramforrások osztályozása Primer elemek (galvánelemek) Szekunder elemek (akkumulátorok) Tüzelőanyag-elemek
Primer elemek (galvánelemek): Az elektrokémiai hatóanyagokkal megtöltve, lezárva kerülnek forgalomba. A hatóanyag áramtermelés közbeni elhasználódása (az elem kimerülése) után ezek nem regenerálhatók, hanem végleg használhatatlanná válnak (elektródfolyamataik nem megfordíthatók). Képletesen szólva az ilyen elemek egy adag elektromos energiát tartalmaznak, amely adott határok között tetszés szerinti részletekben használható fel. Fő követelmény a primer elemekkel szemben, hogy minél kisebb méretekben minél több energiát tartalmazzanak, és minél tartósabbak legyenek (kicsi legyen az önkisülés ).
Egy galvánelem tipikus kisütési görbéje állandó áramerősség vagy terhelő ellenállás mellett Fontos: a kapocsfeszültség ne változzon gyorsan az idővel.
További követelmények: Az elektródok csereárama legyen nagy, azaz az elektródreakciók legyenek nagy sebességűek. A cella belső ellenállása legyen kicsi. Ez főleg az elektrolit/elektrolitoldat ellenállásától és a cella geometriájától függ. Egyféle oldatot tartalmazzon. Le lehessen zárni hermetikusan. Ne tartalmazzon a környezetre káros anyagokat.
Szekunder elemek (akkumulátorok) Jó közelítéssel megfordíthatóan működő galváncellák, amelyekben kimerülés, vagyis hatóanyagok részbeni elhasználódása után, ellentétes irányú áram átvezetésével visszaállítható az eredeti állapot, és ez a folyamat nagyon sokszor megismételhető az elem károsodása nélkül. Az akkumulátor töltésekor annak negatív elektródjában redukció (tehát az a katód), pozitív elektródjában pedig oxidáció (tehát ilyenkor ez az anód) történik. Fontos, hogy az áramtermelés és az eredeti állapot visszaállítása (a kisütés és a töltés) minél jobban közelítse meg a termodinamikai értelemben vett reverzibilitást
Az akkumulátorokat jellemző specifikus adatok (követelmények: ezek optimalizálása): Az aktív anyag kihasználási tényezője Töltéskapacitás (az a töltésmennyiség, amelyet a cella adott végső elektromos potenciálkülönbségéig történő kisütésekor meghatározott feltételek mellett át tud adni) Töltéssűrűség (Ah/m 3 ), specifikus töltés (Ah/kg) Energiakapacitás Energiasűrűség (Wh/m 3 ), specifikus energia (Wh/kg) Töltéshatásfok Energiahatásfok Az akkumulátor ciklusszáma (ciklusszámon szokás érteni azon töltésből és kisütésből álló ciklusok számát, amelyek után az akkumulátor kapacitása még nem csökken a kapacitás normális értéke alá. Fontos: kicsi legyen az ún. memóriaeffektus)
Tüzelőanyag-elemek: Folyamatosan működő kémiai áramforrások, amelyekben valamely tüzelőanyag (földgáz, hidrogén, metanol, stb.) levegő általi oxidációja az áramtermelő folyamat. A folyamatos működés megvalósításához a tüzelőanyag folyamatos betáplálására van szükség (hasonlóan, mint pl. a benzinmotor esetében), és az oxidáció termékeit is folyamatosan el kell vezetni. A gazdaságos üzemeltetés érdekében fontos, hogy a hatóanyagok olcsók legyenek, az elektródok felületegységére vonatkoztatva minél nagyobb áramot szolgáltassanak, továbbá minél kevésbé váljanak hatástalanná mérgeződés következtében.
Példák
Leclanché-típusú elemek (cink + mangándioxid (barnakő)) a) Klasszikus szén-cink elem Celladiagram: Primer elemek ( ) Zn(s) ZnCl 2 (aq), NH 4 Cl(aq) MnO 2 (s) C(s) (+) Cellareakció: c(zncl 2 ), c(nh 4 Cl) Zn + 2MnO 2 + 2NH 4 Cl Zn(NH 3 ) 2 Cl 2 + 2MnO(OH) E MF : ~1,5 V
a b Leclanché-típusú hengeres [a] és lapos [b] szárazelem. 1: szénrúd; 2: sárgaréz; 3: szurok; 4: MnO 2 + C + H 2 O + NH 4 Cl; 5: műanyag; 6: grafitlemez; 7: NH 4 Cl-oldat papírba itatva, vagy kocsonyásítva; 8: cink
Primer elemek b) Lúgos mangán-dioxidos elem Kifordított" hagyományos Leclanché-elem: a cinkpor helyezkedik el középen, és ezt, az elektrolit által elválasztva veszi körül a mangán-dioxid. Az elem háza acélból készül, és nem vesz részt az áramtermelő reakcióban, ezért a cinkkel ellentétben nem használódik el, nem perforálódik. Celladiagram: Zn(s) KOH(aq) MnO 2 (s) c(koh) Cellareakció: Zn + 2MnO 2 + H 2 O = 2MnO(OH) + ZnO E MF : ~1,52 V (Egyes jellemzői 2 7-szer jobbak mint a hagyományos Leclanché-elemeké. Ld. doboló nyuszi.)
Lúgos mangán-dioxidos elem
Primer elemek Cink-levegő elem A Leclanché-elemben használt barnakövet aktívszén helyettesíti, amely a levegő oxigénjét adszorbeálja ill. abszorbeálja. A cinkpor kicserélhető tüzelőanyag cellaként is működtethető. Újratöltés nem javasolt (dendrit-képződés rövidzárlat), de lehetséges. Celladiagram: Zn(s) KOH(aq) O 2 (levegő) c KOH Cellareakció: Zn + O 2 + 2H 2 O = 2Zn(OH) 2 vagy Zn + O 2 = 2ZnO E MF : ~1,65 V (levegőáram csökkentésével 1,35-1,40 V, újratöltve ~1,15-1,20 V)
Primer elemek Higany-oxidos (Ruben-Mallory-típusú) szárazelem (gomb vagy gyufaszál méretűek is készíthetőek) Celladiagram: ( ) Zn(s) ZnO(s) KOH(aq) HgO(s) C(s) (+) c(koh) Cellareakció: Zn(s) + HgO(s)= ZnO(s)+ Hg(l) E MF : ~1,25 V 1 szigetelő; 2 préselt cinkpor; 3 KOH-val átitatott papír; 4 HgO és grafitpor keveréke; 5 acél tok
Primer elemek Cink-ezüst-oxidos elem Még kisebbre készíthető a cink-higany-oxidos elemhez hasonló, cink-ezüst-oxidos elem, melynek celladiagramja: ( ) Zn(s) ZnO(aq) KOH(aq) Ag 2 O(s) C(s) (+) c KOH Kis áramerősséggel hosszú ideig üzemeltethető, ezért karórák, hallókészülékek stb. üzemeltetésére alkalmas. További példák és képek a későbbi diákon!
Primer elemek Az elmúlt évtizedekben több új, nemvizes elektrolitoldattal, elektrolitolvadékkal vagy szilárd elektrolittal működő kémiai áramforrást dolgoztak ki. Ezek negatív elektródja (az áramforrás anódja) rendszerint alkálifémet tartalmaz. Az alkálifémelektródon végbemenő elektródreakciók potenciálja nagy negatív érték, csereáramuk is nagy nagy potenciálkülönbségű és nagy energiasűrűségű kémiai áramforrások állíthatók elő. A primer elemek kutatás-fejlesztésében igazi áttörést jelentett a lítium elemek megjelenése az 1970-es években. Sokáig úgy gondolták, hogy a lítium alkalmazása galváncellákban nem lehetséges, mivel a fém lítium minden oldószerrel hevesen ragálna. Ma már azonban számos, Li fémet tartalmazó cella kapható kereskedelmi forgalomban.
Primer elemek A lítium elemek és a lítium akkumulátorok létezése: a Li fém felületén megfelelő körülmények között egy ionvezető felületi réteg alakul (vagy alakítható) ki, amely megakadályozza, hogy a fém közvetlenül érintkezzen az elektrolittal vagy elektrolitoldattal. Ebben a rétegben a Li + -ion vezeti az elektromosságot. A lítium elektródként történő alkalmazásával az elektrokémikusok régi álma vált valóra, hiszen a Li + Li elektródban lejátszódó reakció standard elektródreakciópotenciálja 3,045 V.
Lítium elemek Primer elemek a) Li - tionil-klorid elem Az anód Li-fémet a katód pedig szénpasztát tartalmaz. Az elektrolit LiAlCl 4, tionil kloridban oldva. Celladiagram: ( ) Li tionil-klorid, LiAl Cl 4 C ( ) Cellareakció: 4Li + 2SOCl 2 4LiCl + S + SO 2 E MF : ~3,65 V
Primer elemek b) Li I 2 -PVP elem Az első szívritmus-szabályozókban használt elemekben Li-fém volt az anód elektronvezető alkotórésze, a katód pedig poli-(2-vinilpiridin) (PVP) és jód keverékéből készített elektronvezető töltésátviteli komplexet tartalmazott. Az elektrolit szilárd LiI, amelyben Li + -ionok biztosítják a vezetést. Az elektrolit szilárd LiI-réteg, amelynek vastagsága használat közben fokozatosan növekszik, ellenállása nagy, de a szívritmus-szabályozók működéséhez igen kicsi áram (I < 10µA) szükséges, így ez nem zavarja az elem használatát. Cellareakció: 2 Li + I 2 = 2 LiI E MF : ~2,8 V (8-12 éves működés)
Primer elemek c) Lítium-nikkel-fluorid elem Vízmentes elektrolitoldattal működik. A NiF 2 megfelelő struktúrájú grafittal van masszává kiképezve úgy, hogy a grafit vezeti az áramot. Az elem fajlagos energiája (Wh/kg) 3-6- szorosa a Leclanché-elemekének. Az elem szekunder elemként, azaz akkumulátorként is üzemeltethető. Celladiagram: ( ) Li(s) KPF 6 (propilénkarbonátban oldva) NiF 2 (s) C(s) (+) Cellareakció: 2Li(s) + NiF 2 (s) E MF : ~ 2,82 V. 2LiF(s) + Ni(s)
1961 15 hónap működés 1998 15-20 év működés
Akkumulátorok (szekunder elemek) Ólomakkumulátor (savas akkumulátor) A legrégebben használt, és ma is még legelterjedtebb akkumulátor. A kénsav koncentrációja általában 25-37 m/m %, sűrűsége 1,18-1,28 g/cm 3 (25 C). Celladiagram: ( ) Pb(s) PbSO 4 (s) H 2 SO 4 (aq) PbSO 4 (s) PbO 2 (s) Pb(s) ( ) c(h 2 SO 4 ) Cellareakció: Pb(s)+PbO 2 (s)+2h 2 SO 4 (aq) = 2PbSO 4 (s)+2h 2 O(l) E MF : ~2,1 V (ha a kénsav 30 m/m%- os)
Ólomakkumulátor
Ólomakkumulátor
Akkumulátorok (szekunder elemek) Lúgos akkumulátor (vas-nikkel, Ni-Fe, vagy Edison- akkumulátor) Kevésbé kényes, mint az ólomakkumulátor és száraz akkumulátorként is készíthető, ezért széles körben használják. Nagy önkisülés. Celladiagram: ( ) Fe(s) KOH(aq) NiO(OH)(s) Ni(s) ( ) Cellareakció: c(koh) Fe(s) + 2NiO(OH)(s)+2H 2 O(l) = Fe(OH) 2 (s)+2ni(oh) 2 (s) E MF : ~1,3 V
Lúgos gombakkumulátor 1 szigetelő; 2 acéldoboz; 3 vaslemez; 4 porózus vas; 5 KOH-val átitatott papír; 6 nikkel oxid; 7 nikkel;
Akkumulátorok (szekunder elemek) Kadmium-nikkel akkumulátorok Gyors és egyszerű töltés, 5 6 évig is használható, vagy élettartama a 300 2000 ciklust is eléri, évekig eltartható (katonai alkalmazások), alacsony hőmérsékleteken is működik. Probléma: Memóriaeffektus impulzustöltés. Nem környezetbarát. Celladiagram: ( ) Cd(s) KOH(aq) NiO(OH)(s) Ni(s) ( ) Cellareakció: c(koh) Cd(s) + 2NiO(OH)(s)+2H 2 O(l) = Cd(OH) 2 (s)+2ni(oh) 2 (s) E MF : ~1,2 V
Akkumulátorok (szekunder elemek) Ezüst-cink akkumulátorok Kis tömegű, tartós, de drága. Celladiagram: ( ) Zn(s) KOH(aq) AgO(s) Ag(s) ( ) E MF : ~1,6-1,8 V c(koh)
Akkumulátorok (szekunder elemek) Nikkel fém-hidrid akkumulátorok A negatív elektród anyagai olyan elemek hidridjeinek kombinációiból épülnek fel, amelyek hidrogénből saját térfogatuk ezerszeresét képesek abszorbeálni, fémhidridet képeznek. Néhány jellemző példa: AB (TiFe), AB 2 ( ZnMn 2 ), AB 5 ( LaNi 5 ) és A 2 B (Mg 2 Ni). A leggyakrabban használt ötvözet AB 5 típusú. Nagy kapacitás, kitűnő töltési és kisütési hatásfok és ciklus-élettartalom. Probléma: nagy önkisülés, kényes (speciális töltők). Cellareakció: NiO(OH) + MH ab = Ni(OH) 2 + M E MF : ~1,2 V
Nikkel - fém-hidrid akkumulátor
Akkumulátorok (szekunder elemek) Lítium akkumulátorok A cellákban szilárd elekrolitokat, pl. LiClO 4 -et tartalmazó poli(etilén-oxid)-ot, vagy valamilyen szerves oldószerben, pl. dietil-karbonátban, etil-karbonátban vagy propilénkarbonátban oldott LiPF 6 -ot használnak.) A cella egyik elektródja fém lítiumot tartalmaz, a másik pedig valamilyen alkalmasan megválasztott, réteges szerkezetű vegyületet, amely pl. a Li x MO 2 képlettel írható le, és ahol M valamilyen fémet, pl. kobaltot vagy mangánt jelent. A rendezett kősó-szerkezetű LiCoO 2 -ban pl. váltakozva Co és Li síkok helyezkednek el a szoros illeszkedésű oxigén rétegek között. A rétegek közé Li-ionok tudnak beépülni, beékelődni, illetve a rétegek közül kilépni. Ez az ún. interkaláció.
Akkumulátorok (szekunder elemek) Li - MnO 2 cella Propilén-karbonát/dimetil-formamid elegyében oldott lítium-perklorát elektrolittal működik -20 +50 C hőmérséklet intervallumban. Az áramtermelő folyamat során a negatív elektródban a Li oxidálódik, a pozitív elektródban a négy pozitív töltéssel rendelkező mangánion két- és háromértékűvé redukálódik. A töltéseket szállító Li + - ion a MnO 2 kristályrácsába beépül. Cellareakció: E MF : ~ 3 V xli + MnO 2 = Li X MnO 2
A fém lítiumnak akkumulátorokban történő alkalmazásának számos hátránya van. Ezek közül a legnagyobb problémát a lítium elektrolitos leválásakor keletkező szabálytalan csúcsos kristályszálak (dendritek) jelentik rövidzárlat, tűz, robbanás.
Akkumulátorok (szekunder elemek) Lítiumion cella (akkumulátor) Olyan újratölthető elektrokémiai cella amelyben mindkét elektród interkalációs vegyületeket tartalmaz. Szokás ezeket Li-ion interkalációs celláknak (elemeknek) is nevezni. Az interkaláció szó itt is arra utal, hogy a Li-ionok beépülnek a szilárd fázisú, réteges szerkezetű elektródanyagba. Az áramforrás negatív elektródja leggyakrabban grafitot tartalmaz, a másik elektród szilárd komponense lehet pl. LiCoO 2. Az elektródok között nagy lobbanáspontú (>100 C) szerves elektrolit (vagy elektrolitoldat) helyezkedik el. A cella működésekor (töltés vagy kisütés) a lítium-ionok az egyik elektródtól a másik felé mozognak.
Akkumulátorok (szekunder elemek) Lítiumion cella (akkumulátor) Celladiagram (pl.): ( ) Cu C y Li x (s) szerves elektrolit Li 1-x CoO 2 (s) Cu ( ) Cellareakció: C y Li x + Li 1-x CoO 2 = C y + LiCoO 2 E MF : ~3-4 V
A lítiumion cella (Liion interkalációs elem) működése a) töltés; 1: LiCoO 2 ; 2: grafit; 3: töltő; : beépült Liionok. b) kisütés. 1: LiCoO 2 ; 2: grafit; 3: fogyasztó; : beépült Li-ionok.
A lítiumion cella (Li-ion interkalációs elem) működése
Akkumulátorok (szekunder elemek) Nátrium-kén akkumulátor ( lítium-kén akkumulátor, stb.) Magas hőmérsékleteken (300-400 C) olvadékkal és szilárd elektrolittal működnek, így a fém és a kén olvadt állapotban van. A két folyadékfázist általában szilárd elektrolit, pl. b-aluminát választja el egymástól, amelyben az adott hőmérsékleten a Na + -ion mozgékonysága elegendően nagy. Celladiagram (pl.): Mo(s) Na(l) Na + (b-aluminát) Na 2 S x (l),s(l) Mo(s) Cellareakció (pl.): 2Na(l) + xs(l)= Na 2 S x (l). Ha x>2, a Na 2 S x oldódik a kénben, ha x 2, szilárd állapotban van. E MF : ~ 2,0 V.
Akkumulátorok (szekunder elemek) Mo(s) Na(l) Na + (b-aluminát) Na 2 S x (l),s(l) Mo(s)
A tüzelőanyag elemek közül nagyobb mennyiségű elektromos energia gazdaságos termelésére csak olyanok alkalmasak, amelyek elektrokémiailag átalakuló üzemanyagai viszonylag bőségesen rendelkezésre álló, nem nagyon költséges anyagok. Az elektródfolyamatok legyenek elég nagy sebességűek, és a gyakorlat számára szükséges erősségű áram termelése közben is minél jobban megközelítsék a termodinamikai reverzibilitást. Az elektródokat a szennyezések ne mérgezzék meg. Sok esetben (pl. hidrogén- és oxigénelektródok esetében) az elektród tulajdonképpen csak heterogén katalizátora az elektrokémiai folyamatnak. Következésképpen, az elektródok felületén adszorbeálódó idegen anyagok (szennyezések) hasonlóképpen akadályozhatják a felületi reakciót, mint a kontakt-katalizátorokon. Üzemanyagként egyrészt a levegő oxigénje, másrészt a hidrogén, illetve a tüzelőszerként, (hőerőgépek üzemanyagaként) használt anyagok jöhetnek számításba.
Hidrogénnel működő tüzelőanyag-cella
Minden Apolló űrhajó 3 db hidrogén-oxigén tüzelőanyagegységet vitt magával a szervizmodulban
A reaktánsokat helymegtakarítás céljából folyékony állapotban tárolták. A cella által termelt hőt használták az elpárologtatásukra. Minden egység 31 sorbakapcsolt cellát tartalmazott. Feszültség 27-31 V, teljesítmény 563-1420 W, csúcsban 2300 W Felhasznált anyagok: titán, acél, nikkel.
Az Apolló 13 balesete: az oxigéntartály felrobbant tüzelőanyag cellák oxigéntartály hidrogéntartály
Flow battery, redox flow battery or reflow battery
Flow battery, redox flow battery or reflow battery VO + + 2 H3O + e 2 VO +3H 2O 2+ V 3+ 2+ + e V
2 + VO + 2 H O + e 2 3 VO +3H 2O + 2+ 3 V V + e VO +3H O VO 2 2+ 2 + 2 H O 3 + + e V + e V 3 2+
Der Hauptvorteil des Vanadium-Redox-Akkumulators ist, dass Leistung und Energie im Gegensatz zu gewöhnlichen Sekundärzellen voneinander unabhängig sind. Durch modularen Aufbau ermöglicht dies die Konstruktion einer Batterie beliebig hoher Leistung und Kapazität. Die Leistung ist v.a. durch die Elektrodenfläche, die Speicherkapazität durch die Vanadiummenge im Elektrolyten regulierbar. Auch ist eine Tiefentladung problemlos. So kann der Akkumulator lange Zeit komplett entladen sein, ohne dass es dabei zu nennenswerten Alterungseffekten kommt. Bei Bedarf kann durch Austausch der Elektrolyte schnell wieder geladen werden, beispielsweise an speziellen Tankstellen, was ihn auch zur Option als Energiespeicher für Elektroautos macht. Jedoch besitzt er eine vergleichsweise geringe Energiedichte von ca. 15 Wh/l bis 25 Wh/l Elektrolytflüssigkeit. Zum Vergleich: Herkömmlicher Dieselkraftstoff weist mit ca. 10 kwh/l eine ca. 400-fache Energiedichte auf. Der Hauptnachteil der Vanadium-Redox-Akkumulator-Technologie sind neben dem schlechten Volumen-Energie-Speicherverhältnis das im Vergleich zu herkömmlichen Akkumulatoren komplexe Gesamtsystem, bestehend aus Pumpen und Vorratstanks.
There are a wide range of chemistries that have been trialed for flow batteries.
CellCube vanadium redox flow battery American Vanadium (Canada) & Gildemeister (Germany)
Sumitomo Electric mass produces redox flow batteries
Köszönöm a figyelmet!