フロー電池とは-バナジウム、コスト、電流の流れ？

何年にもわたって、電池業界には複数の変化と革新が現れてきました。この背後にある唯一の理由は、さまざまなアプリケーションのバッテリー使用量に関して、より持続可能なオプションが必要なことです。この点で最も未来的なアプローチの1つは、フロー電池です。これは、電解質が1つのタンク以上から1つ以上の電気化学セルを介して流れるさらに別の充電式電池です。

フロー電池では、エネルギー貯蔵容量を最大化するのは非常に簡単です。それは、タンクに貯蔵されている電解質の量を増やすことによって行うことができます。フロー電池では、還元と酸化の目的で電気活性材料が使用されます。一般的なレドックスペアのいくつかは、バナジウムとバナジウム、鉄とクロム、亜鉛と臭素です。バナジウムフロー電池は、実用規模のエネルギー貯蔵の未来であることが知られています。

バナジウムフロー電池とは何ですか？

バナジウムフロー電池、Vフロー電池、またはバナジウムレドックス電池は、さまざまな利点があるため、すべてが商業市場に登場するように設定されている、優れた実用規模の電池ストレージ技術として説明されています。これらのバッテリーは不燃性で、容器に入れられており、本質的にコンパクトです。新しいバッテリー技術が必要であり、将来の新エネルギー貯蔵にとって重要であることは疑いの余地がありません。バナジウムフロー電池は、バナジウムの複数の原子価状態を利用して電荷を放出および保存するため、これらの電池は将来のニーズに対して非常に有望になりつつあります。

バナジウムレドックスフロー電池、すなわちVRFBは、化学ポテンシャルエネルギーを蓄えるためにさまざまな酸化および還元状態のバナジウムイオンを含む充電式電池です。このタイプのバッテリーでは、バナジウムは4つの酸化状態で溶液中に存在します。このため、バナジウムフロー電池は2つではなく1つの電気活性成分で構成されています。バナジウムレドックスフロー電池の発明に関しては、1980年代にMariaSkyllas-Kazacos教授によって発明されたと言われています。

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かさばるなどのさまざまな理由により、これらのバッテリーは現在、さまざまなグリッドエネルギー貯蔵の目的で使用されています。これには、送電網または発電所が含まれます。これらのバッテリーは、住宅、公益事業、産業、および商業用途を含むがこれらに限定されない大規模なエネルギー貯蔵オプションに適しています。制限された自己放電は、バナジウムレドックス電池の属性です。このため、これらのバッテリーは、バッテリーの状態を維持しながら、メンテナンスをほとんどまたはまったく行わずに、バッテリーを長期間保管する場合に役立ちます。このため、バナジウムレドックス電池は軍用電子機器にも役立ちます。

完全にサイクルアップしてゼロパーセントの充電状態を維持できるため、バッテリーはソーラーおよびストレージアプリケーションに適しています。ここでは、バッテリーは、負荷と天候に基づいて、毎日未充填で始動し、充填する必要があります。バナジウムフロー電池には多くの特徴があり、エネルギー貯蔵に関しては最先端の成功した技術となっています。バナジウムレドックスフロー電池の利点のいくつかを次に示します。

？長寿命

リチウムイオンのような他の電池の化学的性質とは異なり、バナジウムフロー電池は寿命が長い傾向があります。これは、バッテリーの化学的性質とバッテリー内部で発生する電気化学反応の本来の性質によるものです。

？延長された耐用年数：

電極の劣化を最小限に抑えた半永久的な電解液が存在するため、多数の完全充電および放電サイクルが可能になります。バッテリーの電極は、物理的および化学的変化を受けません。これに加えて、ポンプで送られる電解質を介した電極の冷却は、適切な熱管理と分配に役立ちます。

？充電の損失なし：

フロー電池を長期間使用しないと、電荷を運ぶ電解液が別のタンクに保管されるため、自己放電が少し発生します。

？低メンテナンス率：

均一に充電するために過充電する必要はありません。これにより、これらのバッテリーはメンテナンスの少ないバッテリーであることが確認できます。

？環境への影響が少ない：

バナジウムレドックス電池に含まれるバナジウムは、本質的にリサイクル可能です。産業廃棄物からも回収できます。したがって、廃棄物からのバナジウムの回収は環境の浄化に役立つと言えます。

フロー電池の費用はいくらですか？

実用規模のアプリケーションに関しては、バナジウムフロー電池がリチウムイオン電池や他のすべての種類の全固体電池よりも優れていると宣言するのは間違いではありません。この理由は、これらのバッテリーがはるかに安全で、スケーラブルで、本質的に長持ちするためです。バナジウムは地殻内のリチウムよりも多いため、kWhあたりのリチウムイオン電池のコストと比較して半分以下のコストになります。

報告が信じられるべきであるならば、米国に拠点を置く研究者は、レドックスフロー電池のアントラキノノイドジスルホン酸に硫酸鉄を加えると主張しました。彼らによると、この組み合わせにより、kWhあたり54ドルで安価で安定性の高いレドックスフローストレージが実現します。レドックスフロー電池の溶解性と安定性を高めるために、硫酸鉄とAQDS（アントラキノンジスルホン酸）を組み合わせています。

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バッテリーに流れる電流はどれくらいですか？

フロー電池では、2つの流体が膜によって分離されたままで循環し、それらの間のイオン交換を促進します。活物質を含む流体はセルを介してポンプで送られ、膜の両側で還元および/または酸化が発生し、電位が発生します。他の電池では、電解質のバルクフローがなく、すべての電気活性物質が電極の内部に保存されます。一方、フロー電池の場合、エネルギー物質は電解質にのみ溶解します。

電解液は外部タンクに貯蔵され、そのうちの1つのタンクは負極に対応し、もう1つのタンクは正極に対応します。放電プロセス中の化学反応は、ここで言及されている半反応で説明されます。

アノードコンパートメント：

An + 1-e-→An

陰極コンパートメント：

Cn + 1 + e-→Cn