Uusiutuvan energian tuotanto ei aina vastaa kysyntää. Tämä johtuu siitä yksinkertaisesta syystä, että kuluttajat saattavat haluta käyttää energiaa silloin, kun aurinko ei paista tai tuuli ei puhalla. Akkuja voidaan käyttää tasapainottamaan tätä tuotannon ja kysynnän ongelmaa. Akut voivat latautua, kun energiaa tuotetaan, ja purkautua, kun energiaa tarvitaan.
Akut voivat myös tehdä paljon muutakin kuin vain tasapainottaa energian tuotantoa ja kysyntää. Akut voivat auttaa monissa erilaisissa verkkosovelluksissa, kuten varapalveluissa, synteettisen inertian tuottamisessa ja ei-synkronisen tehon muuntamisessa synkroniseksi tehoksi. Nämä kaikki palvelut ovat olennaisia sähköverkon luotettavan toiminnan kannalta.
Miten akut siis toimivat?
Akkuissa on kolme keskeistä osaa:
- positiivinen elektrodi,
- negatiivinen elektrodi ja
- elektrolyytti, joka erottaa elektrodit toisistaan.
Erilaiset elektrodit ja elektrolyytit synnyttävät erilaiset kemialliset reaktiot,
Jotka vaikuttavat siihen,
miten akku tai paristo toimii. Tämän vuoksi markkinoilla ja kehitteillä on suuri valikoima erilaisia akkuja. Erilaisia akkujen ominaisuuksia ovat muun muassa:
- koko;
- varastointikapasiteetti;
- vastausnopeus;
- latausnopeus;
- elinaika;
- turvallisuus;
- kustannukset ja
- kierrätettävyys.
Vanadium-redox-akku (VRB) on yksi viimeisimmistä kaupallisille markkinoille tulleista akuista. Se on erityisen lupaava, koska sen varastointikapasiteetti on erittäin suuri. Ympäristön kannalta VRB on myös lupaava. VRB ei tuota jätteitä, ja sen käyttöikä on pitkä. VRB:n kemikaaleja ei tarvitse vaihtaa, ja niitä voidaan käyttää loputtomiin. Ainoastaan VRB:n kotelo ja laitteisto on vaihdettava. Pitkä käyttöikä tarkoittaa myös sitä, että VRB voi olla edullinen vaihtoehto muille vaihtoehdoille.
VRB:ssä on positiivinen ja negatiivinen kammio, jotka on erotettu toisistaan kalvolla. Positiivisessa kammiossa on positiivinen elektrodi ja negatiivisessa kammiossa negatiivinen elektrodi. Vanadiinielektrolyytit kiertävät molemmissa kammioissa: – positiivinen vanadiinielektrolyytti tai -laji positiivisessa kammiossa ja negatiivinen laji negatiivisessa kammiossa. Kammiot on yhdistetty varastosäiliöihin, jotta vanadiinielektrolyyttejä voidaan pumpata suuria määriä ja kierrättää kammioissa. Kalvo estää positiivisen ja negatiivisen elektrolyytin sekoittumisen, mutta päästää ionit (atomit, joilla on positiivinen tai negatiivinen varaus) läpi.
Kun VRB:tä ladataan ja puretaan, vanadiinilajit hapettuvat ja pelkistyvät samanaikaisesti siirtäen elektroneja kalvon läpi. Hapettumis-pelkistymisreaktiota kutsutaan redox-reaktioksi. Pelkistymiseen liittyy elektronien saaminen. Hapettumisessa menetetään elektroneja. Latauksen aikana positiivisen kammion elektrolyytti hapettuu ja negatiivisen kammion elektrolyytti pelkistyy. Purkautumisen aikana prosessi on päinvastainen, ja positiivisen kammion elektrolyytti pelkistyy, kun taas negatiivisen kammion elektrolyytti hapettuu.
Latauksen redox-reaktiota voidaan käyttää varastoida sähköä, kun sitä tuotetaan, ja purkauksen redox-reaktiolla voidaan toimittaa sähköä, kun sitä tarvitaan. VRB:n lataus-/purkaustehokkuus on 75-80 %.
Vanadiini-redox-akun kaavio
.