Een redox flow batterij slaat energie op in twee vloeistoftanks gevuld met vloeibare elektrolyten.
Pompen sturen de vloeistoffen continu langs een celstapel (stack) waar elektrochemische reacties plaatsvinden.
Tijdens laden en ontladen wisselen ionen elektronen uit via een membraan, waardoor stroom wordt opgewekt.
Het systeem bestaat uit de volgende unieke onderdelen en principes:
- Tanks met elektrolyt: Het actieve materiaal bestaat uit vanadiumoplossingen in waterig zwavelzuur. Het ene vat is positief geladen en het andere is negatief geladen. Doordat vanadium in vier verschillende oxidatietoestanden kan bestaan, is er geen risico op permanente vervuiling wanneer vloeistoffen door diffusie mengen.
- De Celstapel (Stack): Dit is de kern van de batterij waar de energie-uitwisseling plaatsvindt. De twee vloeistoffen stromen hier langs beide zijden van een ionen-selectief membraan.
- Scheiding van vermogen en opslag: In tegenstelling tot klassieke batterijen (zoals lithium-ion) zijn de opslagcapaciteit en het maximale vermogen onafhankelijk van elkaar. De hoeveelheid vloeistof in de tanks bepaalt de opslagcapaciteit. Het oppervlak en de grootte van de celstapel bepalen het vermogen.
Voordelen van de techniek:
- Geen degradatie: Omdat het vanadium in beide tanks als actieve stof wordt gebruikt, is er geen capaciteitsverlies na tienduizenden laadcycli.
- Duurzaam en veilig: De batterij kan niet ontbranden (geen thermische runaway), werkt bij normale temperaturen en de vloeistof is volledig recyclebaar.
Deze batterijen zijn ideaal voor grootschalige, stationaire toepassingen zoals het bufferen van wind- en zonne-energie op het elektriciteitsnet.
bron : Google AI
Hoeveel elektriciteit kan men opslaan met een redox flow batterij ?
In een redox flow batterij hangt de opslagcapaciteit af van de grootte van de vloeistoftanks. Omdat vermogen en capaciteit volledig los van elkaar staan, varieert de opslag van 20 kWh voor particulieren tot honderden kWh’s of megawatturen (MWh’s) voor industriële toepassingen. [1, 2, 3]
De schaalbaarheid en opslagmogelijkheden in detail:
- Woningen en kleine bedrijven (20 – 40 kWh)
Systemen zoals de ES Flow zijn ontworpen om grote hoeveelheden energie op te slaan voor intensief residentieel en commercieel gebruik. De capaciteit wordt hier bepaald door de omvang van de tanks. - Grootschalige opslag (honderden kWh)
Op industriële schaal worden systemen gebouwd die tientallen tot honderden kilowatturen kunnen opslaan. Een bekend voorbeeld in België is de installatie bij Jan De Nul, die een opslagcapaciteit heeft van 800 kWh. - Netbuffers en megaprojecten (MWh-schaal)
De technologie is modulair en kan worden opgeschaald naar gigawatturen (GWh) door simpelweg grotere of extra vloeistoftanks toe te voegen.
Waarom deze technologie?
In tegenstelling tot traditionele lithium-ionbatterijen, waarbij de capaciteit vastligt, kun je bij een redox flow batterij de opslagcapaciteit vergroten door meer elektrolytvloeistof toe te voegen. Dit maakt ze uitermate geschikt voor langdurige energieopslag (bijvoorbeeld het overbruggen van meerdere dagen) zonder dat de batterijcapaciteit na verloop van tijd slijt.
Bron: Google AI
Welke elektrolyten worden gebruikt in een redox flow batterij ?
In een redox flow batterij worden vloeibare elektrolyten gebruikt waarin specifieke ionen zijn opgelost.
De meest gebruikte variant is Vanadium. Daarnaast worden ijzer-chroom en diverse organische (op koolstof gebaseerde) of polymeer-elektrolyten toegepast voor duurzamere opslag. [1, 2, 3]
De meest toegepaste en onderzochte elektrolyten zijn:
Organische elektrolyten: Dit is een innovatieve categorie (zoals onderzocht door o.a. de KU Leuven) waarbij de actieve materialen gebaseerd zijn op organische moleculen of polymeren in plaats van zware metalen. Dit maakt de batterij milieuvriendelijker en veiliger.
Vanadium-ionen: Dit is de industriestandaard. Hierbij worden vanadiumionen met verschillende valenties (ladingstoestanden) in een zwavelzuuroplossing gebruikt. Het grote voordeel is dat degradatie van de batterij minimaal is, omdat beide tanks hetzelfde basiselement bevatten.
Ijzer-Chroom (Fe/Cr): Een van de oudste systemen. Het maakt gebruik van goedkope en overvloedige materialen, al is de energie-efficiëntie over het algemeen lager dan bij vanadium.
Zink-broom (Zn/Br): Dit systeem biedt een hogere energiedichtheid. Zink slaat neer op de elektroden tijdens het laden, terwijl broom in de elektrolyt zelf is opgelost.