Điện mặt trời cho doanh nghiệp

Công nghệ lưu trữ năng lượng sẽ giúp điện mặt trời và điện gió thực chất là gì?

Kể từ khi phát hiện ra điện, chúng ta đã tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để lưu trữ năng lượng đó để sử dụng theo nhu cầu. Trong thế kỷ qua, ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng đã tiếp tục phát triển, thích ứng và đổi mới để đáp ứng với những yêu cầu năng lượng đang thay đổi và những tiến bộ trong công nghệ.

Hệ thống lưu trữ năng lượng cung cấp một loạt các phương pháp tiếp cận công nghệ để quản lý nguồn cung cấp điện của chúng ta nhằm tạo ra một cơ sở hạ tầng năng lượng linh hoạt hơn và mang lại sự tiết kiệm chi phí cho công ty điện lực và khách hàng sử dụng điện. Để giúp hiểu các phương pháp tiếp cận đa dạng hiện đang được triển khai trên khắp thế giới, chúng tôi đã chia chúng thành năm loại chính:

Pin ( Batteries)– một loạt các giải pháp lưu trữ điện hóa, bao gồm pin hóa học tiên tiến, pin dòng chảy và tụ điện

Nhiệt – thu nhiệt và lạnh để tạo ra năng lượng theo yêu cầu hoặc bù đắp nhu cầu năng lượng

Lưu trữ cơ học – các công nghệ cải tiến khác để khai thác động năng hoặc năng lượng hấp dẫn để lưu trữ điện

Hydrogen – sản xuất điện dư thừa có thể được chuyển đổi thành hydro thông qua quá trình điện phân và lưu trữ

Thủy điện bơm (Pumped Hydropower ) – tạo ra các hồ chứa năng lượng quy mô lớn bằng nước

Pin (bateries)

Những đóng góp của một số nhà khoa học và nhà sáng tạo đã tạo ra sự hiểu biết của chúng ta về các lực của điện, nhưng Alessandro Volta được ghi nhận là người đã phát minh ra loại pin đầu tiên vào năm 1800. Ở cấp độ cơ bản nhất, pin là một thiết bị bao gồm một hoặc nhiều điện hóa tế bào chuyển đổi năng lượng hóa học dự trữ thành năng lượng điện. Mỗi cell chứa một cực dương hoặc cực âm. Chất điện phân cho phép các ion di chuyển giữa các điện cực và thiết bị đầu cuối, cho phép dòng điện chạy ra khỏi pin để thực hiện công việc.

Những tiến bộ trong công nghệ và vật liệu đã làm tăng đáng kể độ tin cậy, sản lượng và mật độ của các hệ thống pin hiện đại, và tính kinh tế theo quy mô đã làm giảm đáng kể chi phí liên quan. Sự đổi mới liên tục đã tạo ra các công nghệ mới như tụ điện hóa có thể được sạc và xả đồng thời và ngay lập tức và cung cấp tuổi thọ hoạt động gần như không giới hạn. Các trang sau cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn về các công nghệ này và nhiều ứng dụng mà chúng được sử dụng để tạo ra một lưới điện năng lượng thích ứng và mạnh mẽ hơn.

Pin Lithium Ion (Li-Ion)

Lithium Ion (Li-Ion) BatteriesSau khi nhà hóa học Stanley Whittingham của Exxon phát triển khái niệm về pin lithium-ion vào những năm 1970, Sony và Asahi Kasei đã tạo ra sản phẩm thương mại đầu tiên vào năm 1991. Những viên pin đầu tiên được sử dụng cho thiết bị điện tử tiêu dùng và hiện nay, dựa trên sự thành công của những viên pin Li-ion này, nhiều công ty đang phát triển các tế bào định dạng lớn hơn để sử dụng trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng. Nhiều người cũng kỳ vọng sẽ có sự hợp lực đáng kể với sự xuất hiện của xe điện (EV – electric vehicles) chạy bằng pin Li-ion. Tính linh hoạt của công nghệ Li-ion trong các ứng dụng EV, từ pin công suất cao, đến pin công suất trung bình.

Cách thức hoạt động của pin Lithium Ion

Thuật ngữ “lithium-ion” không dùng để chỉ một cặp điện hóa đơn lẻ mà là một loạt các hóa chất khác nhau, tất cả đều được đặc trưng bởi sự chuyển các ion lithium giữa các điện cực trong quá trình phản ứng tích điện và phóng điện. Tế bào li-ion không chứa liti kim loại; thay vào đó, các ion được đưa vào cấu trúc của các vật liệu khác, chẳng hạn như oxit kim loại hoặc phốt phát nung chảy ở điện cực dương (cực âm) và cacbon

Thuật ngữ “polyme lithium” (hay chính xác hơn, polyme lithium-ion) đề cập đến thiết kế Li-ion trong đó các điện cực được liên kết với nhau bằng một nền polyme xốp. Chất điện phân lỏng được truyền vào ma trận xốp và trở nên cố định, cho phép các ngăn xếp điện cực được lắp ráp thành “túi” dạng lá cung cấp độ linh hoạt hình học và mật độ năng lượng được cải thiện so với các tế bào hình trụ. Tuy nhiên, những ưu điểm như vậy ít đáng kể hơn vì các tế bào được mở rộng để có dung lượng lớn hơn.

Lưu ý rằng cũng có các công nghệ “polymer kim loại lithium”, trong đó âm tính lithium kim loại được thực hiện với polymer dẫn điện để tạo ra hệ thống pin ở trạng thái rắn. Những công nghệ như vậy không nằm dưới sự che chở của Li-ion và vẫn chưa được triển khai thành công trong các ứng dụng lưu trữ năng lượng.

Các công nghệ có cực dương oxit kim loại được phủ lớp phủ và cực âm cacbon có điện áp tế bào cao (thường từ 3,6 V đến 3,7 V) và mật độ năng lượng tương ứng cao.

Những công nghệ này có tuổi thọ và đặc điểm an toàn rất khác nhau. Tế bào có vật liệu tích cực dựa trên lithium sắt phosphate vốn dĩ an toàn hơn so với các loại ôxít kim loại / carbon nhưng điện áp thấp hơn (khoảng 3,2 V), cũng như mật độ năng lượng. Các thiết kế với cực dương oxit kim loại được phủ lớp phủ và cực âm bằng titanat liti có điện áp thấp nhất (khoảng 2,5 V) và mật độ năng lượng thấp nhưng có khả năng cấp nguồn cao hơn nhiều và lợi thế về an toàn.

Tế bào Li-ion có thể được sản xuất ở dạng hình trụ hoặc lăng trụ (hình chữ nhật). Sau đó, các tế bào này thường được tích hợp thành các mô-đun đa cell trong dãy nối tiếp và / hoặc các mảng song song, và các mô-đun được kết nối với nhau để tạo thành một chuỗi pin ở điện áp yêu cầu, với mỗi chuỗi được điều khiển bởi một hệ thống quản lý pin. Hệ thống phụ điện tử là một tính năng quan trọng đối với pin Li-ion, loại pin này thiếu khả năng của các công nghệ nước (ví dụ như pin axit-chì) để tiêu tán năng lượng quá tải. Đặc tính an toàn của pin Li-ion cuối cùng được xác định bởi các thuộc tính của thiết kế hệ thống, bao gồm các đặc tính cơ và nhiệt, điện tử và truyền thông, và các thuật toán điều khiển – bất kể điện hóa học.

Pin chì – Lead Batteries

Pin chì là công nghệ pin sạc được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Nó có một hồ sơ theo dõi vô song về độ tin cậy và an toàn, cùng với cơ sở nhà cung cấp được thiết lập tốt trên toàn thế giới, khiến nó trở thành loại pin thống trị về MWh sản xuất. Ắc quy chì được sử dụng rộng rãi trên ô tô và xe tải, được sử dụng trên hầu hết các loại xe, hỗ trợ

tăng cường quá trình lai hóa và điện khí hóa xe, từ công nghệ dừng khởi động đến xe chạy hoàn toàn bằng điện. Ngoài ra, pin chì được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, nơi chúng cung cấp năng lượng cho viễn thông, cung cấp điện liên tục, nguồn điện an toàn, lực kéo điện và để lưu trữ năng lượng cho các tiện ích cũng như các ứng dụng trong nước và thương mại.

Tại sao pin chì có ý nghĩa trong việc lưu trữ năng lượng

Pin chì có một lịch sử lâu đời được sử dụng thành công trong việc lưu trữ năng lượng và các khả năng và hạn chế của chúng đã được nghiên cứu cẩn thận. Độ tin cậy của chúng được thiết lập tốt và chúng có thể được điều chỉnh cho một loạt các chu kỳ nhiệm vụ, điều này sẽ đảm bảo chúng cung cấp một giải pháp tốt có khả năng cạnh tranh với các phương pháp tiếp cận khác.

Ngoài ra, pin chì được tái chế rộng rãi. Nhờ chương trình thu gom và tái chế lâu đời, hầu hết tất cả các loại pin chì đã qua sử dụng đều được thu gom để tái chế khi hết tuổi thọ – công nghệ cao nhất trong số các công nghệ pin.

Pin chì thể hiện các nguyên tắc cơ bản của thiết kế sinh thái: chúng được thiết kế để tái chế khi hết tuổi thọ với hơn 90% nguyên liệu được thu hồi. Pin chì trung bình được sản xuất ngày nay chứa hơn 80% vật liệu tái chế, và hầu như tất cả lượng chì được thu hồi trong quá trình tái chế được sử dụng để sản xuất pin chì mới.

Đối với các ứng dụng lưu trữ năng lượng, pin cần có tuổi thọ chu kỳ dài cả trong các ứng dụng chu kỳ sâu và chu kỳ nông. Dịch vụ chu kỳ sâu yêu cầu vật liệu hoạt tính tích cực có tính toàn vẹn cao với các tính năng thiết kế để giữ lại vật liệu hoạt tính. Dịch vụ chu kỳ nông tạo thêm áp lực lên vật liệu hoạt động tiêu cực và pin phải được thiết kế để tránh bị sunfat hóa. Việc sạc và quản lý pin là rất quan trọng và có thể đạt được hiệu suất năng lượng 90%.

Các Consortium cho Pin Innovation (CBI) là một ngành công nghiệp tài trợ nghiên cứu và phát triển thị trường tổ chức trước cả cạnh tranh. CBI đã tích cực hỗ trợ các phát triển mới cho pin chì trong hơn 25 năm, góp phần quan trọng trong việc cải thiện vòng đời trong các điều kiện khác nhau.

Pin chì có thể được sử dụng để điều chỉnh tần số và quản lý tải cho các tiện ích và được triển khai rộng rãi để hỗ trợ việc lắp đặt PV cả trong các cơ sở thương mại và trong nước. Pin chì tốt nhất trong lớp có thể đạt được 5000 chu kỳ đến độ sâu xả 70%, sẽ cung cấp tuổi thọ gần 15 năm khi được sử dụng nhiều. Pin chì có giá thành thấp hơn các loại hóa chất khác và khi hết tuổi thọ, có giá trị dương đối với kim loại chì có sẵn để tái chế. Chúng cũng an toàn vì chúng có chất điện phân dạng nước và các vật liệu hoạt động không dễ cháy. Pin Li-ion có chất điện phân hữu cơ dễ cháy và các vật liệu.

Hóa học pin chì

Hóa chất của pin chì rất đơn giản và mạnh mẽ. Vật liệu hoạt động là chì điôxít trên các bản cực dương và chì được chia nhỏ trên các bản cực âm. Cả hai vật liệu này đều phản ứng với axit sunfuric khi phóng điện để tạo thành chì sunfat và nước và các phản ứng ngược lại diễn ra khi nạp lại.

Pin chì để lưu trữ năng lượng được chế tạo ở một số loại khác nhau. Chúng có thể bị ngập nước, có nghĩa là chúng cần được bổ sung nước để bảo dưỡng theo thời gian hoặc các loại axit-chì được điều chỉnh bằng van (VRLA) không cần bảo dưỡng định kỳ ngoài việc kiểm tra an toàn. Pin VRLA được chế tạo sao cho quá trình tiến hóa hydro bị triệt tiêu và oxy được tái kết hợp về mặt hóa học để hầu như loại bỏ sự mất nước. Có hai công nghệ có sẵn; một loại sử dụng tấm lót thủy tinh hấp thụ (AGM) làm chất phân tách và loại kia sử dụng silica đã được phân chia mịn để tạo gel cho chất điện phân. Cả hai đều hoạt động theo một cách tương tự nhưng có những đặc điểm khác nhau. Pin chì cũng có các thiết kế khác nhau cho các ứng dụng cụ thể và chủ yếu được phân biệt bởi tấm dương có thể là hình ống hoặc tấm dán phẳng.

Pin dòng oxy hóa khử

Pin dòng oxy hóa khử (RFB) đại diện cho một loại thiết bị lưu trữ năng lượng điện hóa. Tên “oxy hóa khử” đề cập đến các phản ứng khử và oxy hóa hóa học được sử dụng trong RFB để lưu trữ năng lượng trong các dung dịch điện phân lỏng chảy qua pin tế bào điện hóa trong quá trình sạc và xả.

Trong quá trình phóng điện, một điện tử được giải phóng thông qua phản ứng oxy hóa từ trạng thái tiềm năng hóa học cao ở phía cực âm hoặc cực dương của pin. Electron di chuyển qua một mạch ngoài để làm công việc có ích. Cuối cùng, điện tử được chấp nhận thông qua phản ứng khử ở trạng thái tiềm năng hóa học thấp hơn ở cực dương hoặc cực âm của pin. Chiều của dòng điện và các phản ứng hóa học bị đảo ngược trong quá trình sạc.

Tổng hiệu điện thế hóa học giữa các trạng thái hóa học của các nguyên tố hoạt động trên hai mặt của pin quyết định sức điện động (emf hoặc hiệu điện thế) được tạo ra trong mỗi tế bào của pin. Điện áp do RFB phát triển là đặc trưng cho các loại hóa chất tham gia vào các phản ứng và số lượng tế bào được kết nối theo chuỗi. Dòng điện do pin phát triển được xác định bởi số lượng nguyên tử hoặc phân tử của các loại hóa chất hoạt động được phản ứng trong tế bào như một hàm của thời gian. Công suất do RFB phân phối là sản phẩm của tổng dòng điện và tổng điện áp được phát triển trong các tế bào điện hóa. Lượng năng lượng được lưu trữ trong RFB được xác định bằng tổng lượng hóa chất hoạt động có trong thể tích dung dịch điện phân có trong hệ thống.

Cách hoạt động của pin dòng oxy hóa khử

Sự tách biệt giữa nguồn và năng lượng là điểm khác biệt chính của RFB, so với các hệ thống lưu trữ điện hóa khác. Như đã mô tả ở trên, năng lượng của hệ thống được lưu trữ trong thể tích chất điện phân, có thể dễ dàng và tiết kiệm trong khoảng từ kilowatt giờ đến hàng chục megawatt-giờ, tùy thuộc vào kích thước của bể chứa. Khả năng cấp nguồn của hệ thống được xác định bởi kích thước của ngăn xếp tế bào điện hóa. Lượng chất điện phân chảy trong ngăn xếp điện hóa tại bất kỳ thời điểm nào hiếm khi nhiều hơn một vài phần trăm tổng lượng chất điện phân hiện có (đối với xếp hạng năng lượng tương ứng với phóng điện ở công suất danh định trong hai đến tám giờ). Dòng chảy có thể dễ dàng bị dừng trong điều kiện lỗi. Kết quả là, tính dễ bị tổn thương của hệ thống đối với việc giải phóng năng lượng không được kiểm soát trong trường hợp RFB bị giới hạn bởi kiến ​​trúc hệ thống ở một vài phần trăm tổng năng lượng được lưu trữ. Tính năng này trái ngược với các kiến ​​trúc lưu trữ tích hợp, đóng gói (axit-chì, NAS, Li Ion), nơi năng lượng đầy đủ của hệ thống được kết nối mọi lúc và luôn sẵn sàng để xả.

Việc tách biệt quyền lực và năng lượng cũng mang lại sự linh hoạt trong thiết kế trong việc ứng dụng RFB. Khả năng cấp nguồn (kích thước ngăn xếp) có thể được điều chỉnh trực tiếp cho tải liên quan hoặc nội dung tạo ra. Khả năng lưu trữ (kích thước của bể chứa) có thể được điều chỉnh độc lập cho nhu cầu lưu trữ năng lượng của ứng dụng cụ thể. Bằng cách này, RFB có thể cung cấp một cách kinh tế hệ thống lưu trữ được tối ưu hóa cho từng ứng dụng. Ngược lại, tỷ lệ công suất trên năng lượng được cố định cho các ô tích hợp tại thời điểm thiết kế và sản xuất ô. Quy mô kinh tế trong sản xuất tế bào giới hạn số lượng thực tế của các thiết kế tế bào khác nhau có sẵn. Do đó, các ứng dụng lưu trữ với các ô tích hợp thường sẽ dư thừa năng lượng hoặc năng lượng.

RFB có thể được chia thành hai loại: 1) pin dòng oxy hóa khử thực sự, trong đó tất cả các loại hóa chất hoạt động trong việc lưu trữ năng lượng luôn được hòa tan hoàn toàn trong dung dịch; và 2) pin dòng oxy hóa khử lai, trong đó ít nhất một mẫu hóa học được mạ thành chất rắn trong tế bào điện hóa trong quá trình sạc. Ví dụ về RFB thực sự bao gồm hệ thống vanadi-vanadi và sắt-crom. Ví dụ về các RFB lai bao gồm hệ thống kẽm-brom và kẽm-clo.

Hoàn toàn tách biệt điện và cơ năng RFB thực sự đạt được sự tách biệt hoàn toàn giữa điên và cơ năng, cùng với đầy đủ các ưu điểm. Trong các RFB lai, không đạt được sự tách biệt hoàn toàn giữa công suất và năng lượng, vì năng lượng được lưu trữ trong kim loại được mạ trong ngăn xếp điện hóa trong quá trình tích điện. Khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn đòi hỏi một ngăn xếp lớn hơn, do đó, sự khác biệt của RFB lai với các kiến ​​trúc tế bào tích hợp chỉ đạt được một phần.

Cuối cùng, RFB rất phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu năng lượng trong khoảng hàng chục kilowatt đến hàng chục megawatt và yêu cầu lưu trữ năng lượng trong khoảng 500 kilowatt giờ đến hàng trăm megawatt-giờ. RFB có thể là sự lựa chọn kinh tế nhất trong phạm vi này vì bể chứa và bộ điều khiển lưu lượng dễ dàng và kinh tế để mở rộng quy mô và các ngăn xếp điện hóa có thể có các đơn vị lặp lại với xếp hạng công suất từ ​​hàng chục đến hàng trăm kilowatt.

Pin dòng oxy hóa khử có một nhược điểm chính về kiến ​​trúc so với kiến ​​trúc tế bào tích hợp của lưu trữ điện hóa. RFB có xu hướng có mật độ năng lượng thể tích thấp hơn so với kiến ​​trúc tế bào tích hợp, đặc biệt là trong các ứng dụng công suất cao, thời gian ngắn. Điều này là do khối lượng của các thành phần điều khiển và phân phối dòng điện phân của hệ thống, không được sử dụng để lưu trữ năng lượng, vì vậy một hệ thống không nhỏ gọn như các công nghệ khác có thể cho một đầu ra tương tự. Mặc dù vậy, các RFB có sẵn với dấu chân hệ thống dưới mục tiêu của trạm biến áp EPRI là <500 ft2 / MWh.

Pin dòng oxy hóa khử cung cấp một phương tiện tiết kiệm, ít tổn thương để lưu trữ năng lượng điện ở quy mô lưới điện. Pin dòng oxy hóa khử cũng cung cấp tính linh hoạt cao hơn để điều chỉnh độc lập xếp hạng công suất và xếp hạng năng lượng cho một ứng dụng nhất định so với các phương tiện điện hóa khác để lưu trữ năng lượng điện. Pin dòng oxy hóa khử phù hợp cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng với công suất xếp hạng từ hàng chục kW đến hàng chục MW và thời lượng lưu trữ từ hai đến 10 giờ.

Pin dòng oxy hóa khử Vanadium (VRB)

Pin ôxy hóa khử Vanadium (VRB®) ¹ là pin dòng ôxy hóa khử thực sự (RFB), dự trữ năng lượng bằng cách sử dụng các cặp ôxy hóa khử vanadi (V2 + / V3 + ở cực âm và V4 + / V5 + ở nửa ô dương). Các chất hóa học hoạt động này luôn được hòa tan hoàn toàn trong dung dịch điện phân axit sulfuric. Giống như các RFB thực sự khác, xếp hạng công suất và năng lượng của Pin oxy hóa khử Vanadium độc lập với nhau và mỗi loại có thể được tối ưu hóa riêng cho một ứng dụng cụ thể. Tất cả những lợi ích và sự khác biệt khác của RFB thực sự so với các hệ thống lưu trữ năng lượng khác đều được VRB thực hiện. Pin ôxy hóa khử vanadi hoạt động đầu tiên đã được trình diễn thành công tại Đại học New South Wales vào cuối những năm 1980 và các phiên bản thương mại đã hoạt động trên quy mô hơn 8 năm.

Trong nửa cell dương, V5 + ở dạng VO2 + nhận một điện tử từ mạch ngoài và bị khử thành V4 + ở dạng VO2 +. Các ion hydro (H +) được trao đổi giữa hai nửa tế bào để duy trì tính trung hòa về điện tích. Các ion hydro khuếch tán qua màng polyme thấm anion hoặc cation-ion ngăn cách các nửa tế bào. Các loại vanadi tích điện và nước cũng có thể khuếch tán qua màng. Sự khuếch tán chéo dẫn đến tổn thất năng lượng trực tiếp cho chu trình đó. Tuy nhiên, khi vanadi là nguyên tố duy nhất hiện diện ở cả hai mặt của tế bào, cơ chế khuếch tán chéo này không dẫn đến mất dung lượng vĩnh viễn, miễn là tổng vanadi trong hệ thống không đổi (tức là không bị mất do kết tủa) .
Trong hệ thống chỉ chữ V, không cần duy trì sự cân bằng giữa các mặt tích cực và tiêu cực của hệ thống. Trong nửa tế bào dương, vanadi có trong dung dịch dưới dạng oxy-cation. Các oxy-cation này dễ bị kết tủa không thuận nghịch dưới dạng V2O5 nếu nhiệt độ điện phân vượt quá ~ 50-60oC. Tuy nhiên, khi kết tủa xảy ra, nó thường xảy ra ở dạng các hợp chất lành tính, không phải V2O5.

Nhiệt độ hoạt động bình thường của VRB là khoảng từ 10-40oC. Hệ thống phụ làm mát tích cực được sử dụng nếu nhiệt độ môi trường vượt quá 40-45oC. Có thể làm mát hệ thống một cách chủ động là một lợi thế vì hệ thống có thể tiếp tục hoạt động mà không có nguy cơ hư hỏng. Ngược lại, nếu kiến ​​trúc ô tích hợp quá nóng, tùy chọn tốt nhất là ngừng sử dụng chúng cho đến khi chúng nguội đi.

Điện áp của tế bào là 1,4-1,6 volt và mật độ công suất của tế bào là hàng trăm mW / cm2 (mặc dù Prudent Energy báo cáo mật độ công suất của chúng cao hơn). Hiệu suất DC-DC của pin này đã được báo cáo trong khoảng 60-80%. Theo EPRI, pin ôxy hóa khử vanadi phù hợp với các hệ thống điện trong khoảng từ 100 kW đến 10 MW, với thời lượng lưu trữ trong khoảng 2-8 giờ.

Pin ôxy hóa khử vanadi cung cấp điện áp tế bào tương đối cao, điều này thuận lợi cho công suất và mật độ năng lượng cao hơn so với các RFB thực khác, như hệ thống sắt-crôm. Tuy nhiên, điện áp cao hơn và chất điện phân V5 + có tính oxy hóa cao gây ra nhiều áp lực hóa học hơn đối với các vật liệu được sử dụng trong điện cực tế bào, màng và các thành phần xử lý chất lỏng. Sự vận chuyển chéo của các ion vanadi qua màng cũng được báo cáo là một thách thức, và các màng trao đổi ion khá đắt tiền phải được sử dụng để giảm thiểu tổn thất do vận chuyển qua màng. Các màng này có thể dễ bị bám bẩn, trong đó các ion vanadi bị giữ lại trong màng không thể phục hồi và làm tăng tổn thất điện trở trong tế bào. Mặt khác, các màng có chi phí thấp hơn đang được phát triển.

Vanadi là một vật liệu sẵn có, được sử dụng trong sản xuất thép và làm chất xúc tác hóa học, được tìm thấy tự nhiên và cũng có thể được thu hồi từ các dòng chất thải khác nhau. Tuy nhiên, giá thị trường của vanadi như V2O5 đã khá biến động kể từ năm 2017 sau vài năm ở mức giá thấp.

Pin Nickel-Cadmium (NI-CD)

Trong sản xuất thương mại từ những năm 1910, niken-cadmium (Ni-Cd) là một loại pin truyền thống đã chứng kiến ​​những tiến bộ định kỳ trong công nghệ điện cực và đóng gói để duy trì khả năng tồn tại. Mặc dù không vượt trội về các biện pháp thông thường như mật độ năng lượng hoặc chi phí đầu tiên, pin Ni-Cd vẫn phù hợp bằng cách cung cấp cách thực hiện đơn giản mà không cần hệ thống quản lý phức tạp, đồng thời cung cấp tuổi thọ cao và dịch vụ đáng tin cậy.

Cách hoạt động của pin Nickel-Cadmium

 Các tế bào Ni-Cd ban đầu sử dụng công nghệ tấm bỏ túi, một thiết kế vẫn còn được sản xuất cho đến ngày nay. Các tấm thiêu kết được đưa vào sản xuất từ ​​giữa thế kỷ 20, sau đó là tấm sợi, điện cực liên kết nhựa và tấm xốp. Các tế bào có tấm dạng túi và tấm

sợi thường sử dụng cùng một thiết kế điện cực cho cả cực dương niken và cực âm cadimi, trong khi các cực âm thiêu kết và bọt hiện được sử dụng phổ biến hơn với các bản cực âm được liên kết bằng nhựa.

Tất cả các thiết kế Ni-Cd công nghiệp đều là loại thông hơi, cho phép tiêu tán khí hình thành khi sạc quá mức nhưng cần bổ sung nước ở một mức độ nào đó để bù đắp. Điều này đã dẫn đến việc thực hiện các thiết kế phân tách cho phép các mức độ tái kết hợp khác nhau, với một số sản phẩm được thiết kế cho các ứng dụng năng lượng tái tạo viễn thông hoặc ngoài lưới điện đạt được hoạt động gần như không cần bảo trì đối với chất điện phân.

Pin Ni-Cd được sử dụng trong một số ứng dụng lưu trữ năng lượng trước đó, đáng chú ý nhất là của Hiệp hội Điện Thung lũng Vàng BESS, có kích thước 27 megawatt trong 15 phút và được đưa vào sử dụng vào năm 2003. Ni-Cd cũng được sử dụng để ổn định các hệ thống năng lượng gió, với một hệ thống 3 megawatt trên đảo Bonaire được đưa vào hoạt động vào năm 2010 như một phần của dự án để hòn đảo trở thành cộng đồng đầu tiên với 100% năng lượng được lấy từ các nguồn bền vững.

Pin Natri Sulfur (NaS)

Pin Natri Lưu huỳnh (NaS) ban đầu được Ford Motor Company phát triển vào những năm 1960 và sau đó công nghệ này được bán cho công ty NGK của Nhật Bản. NGK hiện sản xuất hệ thống pin cho các ứng dụng tĩnh. Hệ thống hoạt động ở nhiệt độ cao, 300 đến 350 ° C, có thể là một vấn đề vận hành khi hoạt động không liên tục. Các hệ thống lắp đặt đáng kể để lưu trữ năng lượng đã được sử dụng để tạo điều kiện cho việc trì hoãn xây dựng đường dây phân phối. Hiệu suất chuyến đi khứ hồi nằm trong phạm vi 90%, do đó cung cấp việc sử dụng năng lượng hiệu quả.

Các vật liệu hoạt động trong pin NaS là ​​lưu huỳnh nóng chảy làm điện cực dương và natri nóng chảy làm điện cực âm. Các điện cực được ngăn cách bởi một sứ rắn, natri alumina, cũng đóng vai trò là chất điện phân. Loại gốm này chỉ cho phép các ion natri tích điện dương đi qua. Trong quá trình phóng điện, các điện tử bị bứt ra khỏi kim loại natri (một điện tử mang điện tích âm cho mỗi nguyên tử natri) dẫn đến sự hình thành các ion natri sau đó di chuyển qua chất điện phân đến ngăn điện cực dương. Các electron bị tách ra khỏi kim loại natri di chuyển qua mạch rồi quay trở lại pin ở điện cực dương, tại đây chúng được lưu huỳnh nóng chảy hấp thụ để tạo thành polysulfua. Các ion natri tích điện dương di chuyển vào ngăn điện cực dương làm cân bằng dòng điện tích. Trong quá trình sạc, quá trình này được đảo ngược. Pin phải được giữ nóng (thường> 300 ºC) để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình (tức là các bộ sưởi độc lập là một phần của hệ thống pin). Nhìn chung, các tế bào Na / S có hiệu suất cao (thường là 89%).

Công nghệ pin NaS đã được chứng minh tại hơn 190 địa điểm ở Nhật Bản. Hơn 270 MW năng lượng dự trữ thích hợp cho 6 giờ cạo cao điểm hàng ngày đã được lắp đặt. Tại Abu Dhabi, mười lăm hệ thống NaS phối hợp hoạt động cung cấp 108 MW / 648 MWh để hoãn đầu tư sản xuất hóa thạch và cung cấp các dịch vụ đáp ứng tần số và kiểm soát điện áp.

Tụ điện hóa

Tụ điện hóa (EC) – đôi khi được gọi là tụ điện “hai lớp điện” – cũng xuất hiện dưới các tên thương mại như “Siêu tụ điện” hoặc “Siêu tụ điện”. Cụm từ “hai lớp” dùng để chỉ điện tích lưu trữ vật lý của chúng tại bề mặt phân cách điện phân của các điện cực cacbon có diện tích bề mặt cao. Có hai loại EC, đối xứng và không đối xứng, với các đặc tính khác nhau phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Thị trường và ứng dụng cho tụ điện hóa đang phát triển nhanh chóng và các ứng dụng liên quan đến lưới điện sẽ là một phần của sự tăng trưởng đó.

Tụ điện hóa hoạt động như thế nào

Khi hai điện cực của EC được kết nối theo đường dẫn dòng điện bên ngoài, dòng điện chạy cho đến khi đạt được sự cân bằng điện tích hoàn toàn. Sau đó, tụ điện có thể trở lại trạng thái tích điện bằng cách đặt điện áp. Bởi vì điện tích được lưu trữ vật lý, không có sự thay đổi pha hoặc hóa học diễn ra, quá trình này diễn ra nhanh chóng và có tính thuận nghịch cao và chu kỳ phóng điện có thể lặp đi lặp lại nhiều lần, hầu như không có giới hạn. Do diện tích bề mặt cao và độ dày lớp kép nhỏ, các thiết bị này có thể có điện dung riêng và thể tích rất cao. Điều này cho phép họ kết hợp mật độ điện dung không thể đạt được trước đây với vòng đời chu kỳ sạc-xả không giới hạn về cơ bản. Điện áp hoạt động của một tế bào chỉ bị giới hạn bởi điện thế đánh thủng của chất điện phân và thường nhỏ hơn 3 V.

Do đó,có hai loại EC: loại có

1) thiết kế đối xứng, trong đó cả điện cực dương và điện cực âm đều được làm bằng carbon có diện tích bề mặt cao giống nhau

2) thiết kế không đối xứng với các vật liệu khác nhau cho hai điện cực, một loại có diện tích bề mặt cao carbon và loại còn lại là điện cực giống pin dung lượng cao hơn.

EC đối xứng có giá trị năng lượng cụ thể lên đến ~ 6 Wh / kg và hiệu suất năng lượng cao hơn so với tụ điện không đối xứng trong đó các thiết kế có giá trị năng lượng cụ thể tiếp cận 20 Wh / kg. Có sự khác biệt khác về đặc điểm và hiệu suất của hai loại này dẫn đến việc sử dụng trong các ứng dụng khác nhau.

Xem thêm:

Hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời là gì?

Hệ thống điện độc lập là gì?

Những hiểu lầm thường gặp về NLTT P1

Hiệu suất tấm pin năng lượng mặt trời là gì?

Chuyển hóa năng lượng là gì?

Công nghệ tấm pin năng lượng mặt trời tiếp theo công nghệ PERC

Tìm hiểu về Pin Lithiun-ion

Có nên lắp điện mặt trời ở miền Bắc không?

Lắp điện mặt trời mái nhà có cần xin phép không?

Nhà máy điện mặt trời là gì? Tìm hiểu về nhà máy điện mặt trời.

Lịch sử phát triển quang điện như thế nào?

Công nghệ xử lý tấm pin năng lượng mặt trời trong tương lai

Chia sẻ:

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on google

Tin tức liên quan

0966966819