La produzione di energia rinnovabile non sempre soddisfa la domanda. Questo per la semplice ragione che i consumatori possono voler usare l’energia quando il sole non splende o il vento non soffia. Le batterie possono essere usate per bilanciare questo problema di generazione e domanda. Le batterie possono caricarsi quando l’energia viene generata e scaricarsi quando l’energia è necessaria.
Le batterie possono anche fare molto di più che semplicemente bilanciare la produzione e la domanda di energia. Le batterie possono aiutare con una vasta gamma di applicazioni di rete, compresi i servizi di back-up, la generazione di inerzia sintetica e la conversione di energia non sincrona in sincrona. Questi sono tutti servizi essenziali per il funzionamento affidabile di una rete elettrica.
Come funzionano le batterie?
Le batterie hanno tre parti fondamentali:
- un elettrodo positivo;
- un elettrodo negativo; e
- un elettrolita che separa gli elettrodi.
Diversi elettrodi ed elettroliti producono diverse reazioni chimiche che influenzano il funzionamento della batteria. Questo è il motivo per cui c’è una grande diversità di batterie sul mercato e in sviluppo. Le diverse caratteristiche delle batterie includono:
- dimensioni;
- capacità di immagazzinamento;
- velocità di risposta;
- velocità di ricarica;
- durata della vita;
- sicurezza;
- costi; e
- riciclabilità.
La batteria al vanadio redox (VRB) è una delle ultime batterie ad emergere sul mercato commerciale. È particolarmente promettente per la sua capacità di stoccaggio estremamente grande. Dal punto di vista ambientale, la VRB è anche promettente. La VRB non produce prodotti di scarto e ha una lunga durata di vita. Le sostanze chimiche in un VRB non hanno bisogno di essere sostituite e possono essere usate all’infinito. Solo l’alloggiamento e l’hardware del VRB dovranno essere sostituiti. La lunga durata di vita significa anche che il VRB ha il potenziale per essere un’alternativa a basso costo ad altre opzioni.
Il VRB ha una camera positiva e negativa separate da una membrana. La camera positiva ha un elettrodo positivo e la camera negativa ha un elettrodo negativo. Gli elettroliti di vanadio circolano in entrambe le camere: – un elettrolita o una specie positiva di vanadio nella camera positiva e una specie negativa nella camera negativa. Le camere sono collegate a serbatoi di stoccaggio in modo che grandi volumi di elettroliti di vanadio possano essere pompati e fatti circolare nelle camere. La membrana impedisce agli elettroliti positivi e negativi di mescolarsi, ma permette agli ioni (atomi con una carica positiva o negativa) di passarvi attraverso.
Quando il VRB viene caricato e scaricato le specie di vanadio subiscono simultaneamente ossidazione e riduzione, trasferendo elettroni attraverso la membrana. La reazione di ossidoriduzione è nota come reazione redox. La riduzione implica il guadagno di elettroni. L’ossidazione comporta la perdita di elettroni. Durante la carica l’elettrolita nella camera positiva viene ossidato, e l’elettrolita nella camera negativa viene ridotto. Durante la scarica il processo è invertito, e l’elettrolita nella camera positiva è ridotto mentre l’elettrolita nella camera negativa è ossidato.
La reazione redox di carica può essere usata per immagazzinare elettricità quando è generata e la reazione redox di scarica può fornire elettricità quando è richiesta. La VRB ha un’efficienza di carica e scarica del 75% – 80%.
Diagramma della batteria al vanadio redox