Update 17 juni 2025
Een zink-broombatterij is een oplaadbaar batterijsysteem dat de reactie tussen zinczinkmetaal en broom gebruikt om elektrische stroom te produceren, met een elektrolyt die bestaat uit een waterige oplossing van zinkbromide. Zink wordt al lang gebruikt als de negatieve elektrode van de primaire cellen. Het is een algemeen verkrijgbaar, relatief goedkoop metaal. Het is vrij stabiel in contact met neutrale en alkalische waterige oplossingen. Om deze reden wordt het tegenwoordig gebruikt in zink- en alkalische voorverkiezingen.
De belangrijkste potentiële toepassing is stationaire energieopslag, voor het net of voor huishoudelijke of stand-alone energiesystemen. De waterige elektrolyt maakt het systeem minder gevoelig voor oververhitting en brand in vergelijking met lithium-ionbatterijsystemen.
Overzicht
Zink-broombatterijen kunnen in twee groepen worden opgesplitst: stroombatterijen en niet-stroombatterijen.
Er zijn geen bedrijven meer die flowbatterijen commercialiseren, Gelion (Australië) heeft niet-flowtechnologie die ze ontwikkelen en EOS Energy Enterprises (VS) commercialiseren hun niet-flowsysteem.
De functies
Zink-broombatterijen delen zes voordelen ten opzichte van lithium-ionopslagsystemen:
- 100% diepte van het ontladingsvermogen op een dagelijkse basis.
- Weinig capaciteitsafbraak, waardoor 5000+ cycli mogelijk zijn
- Laag risico op brand, omdat de elektrolyten niet ontvlambaar zijn
- Er is geen koelsystemen nodig
- Goedkope en gemakkelijk beschikbare batterijmaterialen
- Eenvoudig recycling aan het einde van de levensduur met behulp van bestaande processen
Ze hebben vier nadelen:
- Lagere energiedichtheid
- Lagere efficiëntie van retouren (gedeeltelijk gecompenseerd door de energie die nodig is om koelsystemen te laten werken).
- De noodzaak om om de paar dagen volledig te worden ontladen om zinkderitten te voorkomen, die de scheider kan doorboren.
- Lagere heffings- en ontladingssnelheden
Deze functies maken zink-broombatterijen ongeschikt voor veel mobiele toepassingen (die doorgaans hoge laad- / ontlaadsnelheden en een laag gewicht vereisen), maar geschikt voor stationaire energieopslagtoepassingen zoals dagelijkse fietsen om zonne-energieopwekking, off-gridoff-grid-systemen en belastingverschuiving te ondersteunen.
De typen
De stroom
De zink-boeienstroombatterij (ZBRFB) is een hybride flowbatterij. Een oplossing van zinkbromide wordt in twee tanks opgeborgen. Wanneer de batterij wordt opgeladen of ontladen, worden de oplossingen (elektrolyten) door een reactorstapel van de ene tank naar de andere gepompt. Eén tank wordt gebruikt om de elektrolyt op te slaan voor positieve elektrodereacties en de andere opslaat het negatieve. Energiedichtheden variëren tussen 60 en 85 W’h / kg.
De waterige elektrolyt is samengesteld uit zinkbromidezout opgelost in water. Tijdens het opladen wordt metaalzink uit de elektrolytoplossing geplateerd op de negatieve elektrode (koolstof die in oudere ontwerpen, titanium gaas in modern is) oppervlakken in de celstapels. Bromide wordt omgezet in broom op het positieve elektrodeoppervlak en opgeslagen in een veilige, chemisch complexe organische fase.clarify Oudere ZBRFB-cellen gebruikten polymeermembranen (microboetepolymeren, Nafion, enz.) Meer recente ontwerpen elimineren het membraan. 4 De batterijstapel is meestal gemaakt van met koolstof gevulde plastic bipolaire platen (bijv. 60 cellen) en is ingesloten in een container met polyethyleen (HDPE) met een hoge dichtheid. De batterij kan worden beschouwd als een electroplatinggalvaniseermachine. Tijdens het opladen wordt zink gegalvaniseerd op geleidende elektroden, terwijl brom wordt gevormd. Bij de afvoer keert het proces om: het metaalhoudende zink dat op de negatieve elektroden is verzinkt, lost op in het elektrolyt en is beschikbaar om opnieuw te worden geplateerd tijdens de volgende laadcyclus. Het kan voor onbepaalde tijd volledig worden ontladen. Zelfontlading komt niet voor in een volledig opgeladen toestand wanneer de stapel droog wordt gehouden.
De functies
Zink-broom flow batterijen genieten niet van het voordeel van de schaal die andere stromingsbatterijtechnologieën genieten. De opslagcapaciteit kan niet worden verhoogd door simpelweg extra elektrolyttanks toe te voegen (de stapel moet ook worden opgeschaald).
Zink-broom hybride flow batterijen hebben veel specifieke nadelen:
- Reset: Elke 1–4 cycli moeten de terminals worden kortgesloten over een shunt met een lage impedantie tijdens het uitvoeren van de elektrolytpomp, om zink volledig van batterijplaten te verwijderen.
- Laag areaal vermogen: (-0,2 W/cm 22) tijdens zowel lading als ontlading, wat de kosten van de macht verhoogt.
- Low Round Trip-efficiëntie: € 70% op RTE-basis, aanzienlijk lager dan Li-ion-batterijen, die meestal 90% of meer bereiken.
- Lage energiedichtheid:
- Complexe constructie met bewegende onderdelen
- Slechte betrouwbaarheid: geen enkele fabrikant heeft nog geen betrouwbare Zn-Br-stroombatterij geproduceerd
Het ontwerp
De twee elektrodekamers van elke cel worden meestal gedeeld door een membraan (meestal een microporeus of ion-exchangeionenwisselaar). Dit helpt om te voorkomen dat broom de negatieve elektrode bereikt, waar het zou reageren met het zink, waardoor zelfontlading ontstaat. Om zelfontlading verder te verminderen en de broomddruk te verminderen, worden complexe middelen aan de positieve elektrolyt toegevoegd. Deze reageren omkeerbaar met de broom om een olieachtige rode vloeistof te vormen en de Br te verminderen concentratie in de elektrolyt.
Ontwikkelaars (allemaal nu ter ziele)
Primus Power – Hayward, Californië, is een in de VS gehouden bedrijf. Echter, net als in mei 2023, hadden ze sinds 2015 geen installaties meer. ]Primus Power claim 70% efficiëntie voor hun 125 kWh eenheid. Hoewel de website van Primus Power nog steeds live is, is het bedrijf niet actief.
RedFlow Limited – ging in vrijwillige administratie op 23 augustus 2024, [en werd geliquideerd in december 2024. Hun ZBM3-batterij heeft zeer slechte betrouwbaarheid en prestaties.
EnSync (voorheen ZBB) – Menomonee Falls, Wisconsin, VS (niet-geërfd).
Ontwikkelaars
Thomas Maschmeyer van de Universiteit van Sydney verving de vloeistof door een gel. Ionen kunnen sneller bewegen en de laadtijd verkorten. De gel is brandvertragend. In april 2016 Gelion, gelanceerd. Het bedrijf verdiende een investering van A $ 11 miljoen van de Britse hernieuwbare energiegroep Armstrong Energy. 15] Gelion heeft meer kapitaal opgehaald met een IPO en genoteerd aan de AIM London Stock Exchange op 30 november 2021. Gelion richt zich nu echter op zijn Li-S-Si-batterijtechnologie en lijkt niet te investeren in zijn Zn-Br-technologie.
EOS Energy Enterprise-kathode: Vanaf mei 2023 had EOS zijn Eos Z3-batterij aangekondigd en een orderbacklog van 347MWh en een totale 2,2 GWh aan bindende bestellingen opgeëist. ]EOS beweerde dat de batterij een RTE “in het midden van de jaren 80” (met een verminderde ontladingsdiepte) en een levensduur van 6.000 cycli / 20 jaar heeft.
De elektrochemie
Flow en niet-flow configuratie delen dezelfde elektrochemie.
Bij de negatieve elektrodezink is de elektroactieve soort. Het is elektropositief, met een standaard reductiepotentieel E -0,76 V vs SHE.
De negatieve elektrodereactie is de omkeerbare oplossing/afgifte van zink:
Zn ( s ) ↽ − − ⇀ Zn 2 + ( aq ) + 2 e −
Bij de positieve elektrodebrohervorm wordt het broom omkeerbaar teruggebracht tot bromide (met een standaard reductiepotentieel van +1.087 V versus ZIJ):
Br 2 ( aq ) + 2 e − ↽ − − ⇀ 2 Br − ( aq )
Dus de totale celreactie is
Zn ( s ) + Br 2 ( aq ) ↽ − − ⇀ 2 Br − ( aq ) + Zn 2 + ( aq )
Het gemeten potentiële verschil is ongeveer 1,67 V per cel (enigs iets minder dan voorspeld van standaard reductiepotentiaal).
Aanvragen
Zie de website van EOS Energy. Momenteel zijn ze de enige commerciële leverancier van Zn-Br batterijen.
De geschiedenis van de geschiedenis
Veel Zn-Br flow batterij tech bedrijven zijn failliet gegaan. EOS Energy en Gelion zijn de enige twee die nog steeds worden verhandeld, beide hebben niet-flow Zn-Br-technologie.
Vanaf november 2021 had EOS Energy Enterprises een bestelling van 300 MWh veiliggesteld bij Pine Gate Renewables, met installatie gepland voor 2022.
Met ingang van februari 2022 Gelion een overeenkomst aan met Acciona Energy om Endure-batterijen te testen voor toepassingen op netschaal.
