A megújuló energiatermelés nem mindig elégíti ki a keresletet. Ennek az az egyszerű oka, hogy a fogyasztók akkor is szeretnének energiát használni, amikor nem süt a nap vagy nem fúj a szél. Az akkumulátorok segítségével egyensúlyba hozható ez a termelés és a kereslet problémája. Az akkumulátorok akkor tölthetők, amikor energiát termelnek, és akkor üríthetők ki, amikor energiára van szükség.
Az akkumulátorok sokkal többre is képesek, mint egyszerűen az energiatermelés és a kereslet kiegyenlítésére. Az akkumulátorok a hálózati alkalmazások széles skáláját segíthetik, beleértve a tartalékszolgáltatásokat, a szintetikus tehetetlenség előállítását és a nem szinkron energia szinkron energiává alakítását. Ezek mind olyan szolgáltatások, amelyek elengedhetetlenek a villamosenergia-hálózat megbízható működéséhez.
Hogyan működnek tehát az akkumulátorok?
Az akkumulátorok három kulcsfontosságú részből állnak:
- egy pozitív elektróda;
- egy negatív elektróda; és
- egy elektrolit, amely elválasztja az elektródákat.
A különböző elektródák és elektrolitok különböző kémiai reakciókat váltanak ki, amelyek befolyásolják az akkumulátor működését. Ezért van a piacon és a fejlesztés alatt álló akkumulátorok nagy változatossága. A különböző akkumulátorjellemzők közé tartoznak:
- méret;
- tárolókapacitás;
- reakciósebesség;
- feltöltési sebesség;
- élettartam;
- biztonság;
- költség; és
- újrahasznosíthatóság.
A vanádium-redox akkumulátor (VRB) az egyik legújabb akkumulátor, amely megjelent a kereskedelmi piacon. Különösen ígéretes a rendkívül nagy tárolókapacitása miatt. Környezetvédelmi szempontból a VRB szintén ígéretes. A VRB nem termel hulladékot és hosszú élettartammal rendelkezik. A VRB-ben lévő vegyi anyagokat nem kell cserélni, és a végtelenségig felhasználhatók. Csak a VRB házát és a hardvert kell cserélni. A hosszú élettartam azt is jelenti, hogy a VRB alacsony költségű alternatívája lehet más lehetőségeknek.
A VRB egy pozitív és egy negatív kamrával rendelkezik, amelyeket egy membrán választ el egymástól. A pozitív kamra pozitív elektródával, a negatív kamra pedig negatív elektródával rendelkezik. A vanádium elektrolitok mindkét kamrában keringenek: – A pozitív kamrában egy pozitív vanádium elektrolit vagy faj, a negatív kamrában pedig egy negatív faj. A kamrák tárolótartályokhoz vannak csatlakoztatva, hogy nagy mennyiségű vanádium-elektrolitot lehessen beszivattyúzni és keringetni a kamrákban. A membrán megakadályozza a pozitív és negatív elektrolitok keveredését, de átengedi az ionokat (pozitív vagy negatív töltésű atomokat).
A VRB töltése és kisütése során a vanádiumfajok egyszerre oxidálódnak és redukálódnak, elektronokat adva át a membránon keresztül. Az oxidációs-redukciós reakciót redoxireakciónak nevezzük. A redukció során elektronokat nyerünk. Az oxidáció elektronok elvesztésével jár. A töltés során a pozitív kamrában lévő elektrolit oxidálódik, a negatív kamrában lévő elektrolit pedig redukálódik. Kisütéskor a folyamat megfordul, és a pozitív kamrában lévő elektrolit redukálódik, míg a negatív kamrában lévő elektrolit oxidálódik.
A töltési redoxireakcióval áramot lehet tárolni, ha keletkezik, a kisütési redoxireakcióval pedig áramot lehet szolgáltatni, ha igény van rá. A VRB 75% – 80%-os töltési / kisütési hatásfokkal rendelkezik.
A vanádium-redox akkumulátor ábrája