Sink-brombatteri

Sink-brombatteri
Informasjon
Navn		Sink-brombatteri
Spesifikk energi		34.4–54 W·t/kg (124–190 J/g)
Energi tetthet		15.7–39 W·t/L (56.5–140 kJ/L)
Lade/utladningseffektivitet		75.9%
Energi/forbrukerpris		US$400/kW·h (US$0.11/kJ)
Syklus holdbarhet		>2,000  Sykluser
Nominell cellespenning		1.8 V

Sink-bromstrømningsbatteriet er en type hybridstrømbatteri. En løsning av sinkbromid lagres i to tanker. Når batteriet er ladet eller utladet, pumpes løsningene (elektrolytter) gjennom en reaktorstabel og tilbake i tankene. Den ene tanken brukes til å lagre elektrolytten for de positive elektrodereaksjonene, og den andre for den negative. Sink-brombatterier fra forskjellige produsenter har en energitetthet fra 34,4 til 54 W·t /kg.

Den overveiende vandige elektrolytten består av sinkbromidsalt oppløst i vann. Under ladning blir metallisk sink elektroplettert fra elektrolyttløsningen på de negative elektrodeoverflatene i cellestablene. Bromid omdannes til brom ved den positive elektrodeoverflaten og lagres i en trygg, kjemisk sammensatt organisk fase i elektrolyttanken. Hver cellestabel med høy tetthet polyetylen (HDPE) har opptil 60 bipolare plastelektroder mellom et par anode- og katodeendeblokker.

Sink-brombatteriet kan betraktes som en galvaniseringsmaskin. Under lading galvaniseres sink på ledende elektroder, mens det samtidig dannes brom. Ved utladning skjer den omvendte prosessen: det metalliske sinkbelagte på de negative elektrodene oppløses i elektrolytten og er tilgjengelig for å bli belagt igjen ved neste ladningssyklus. Den kan stå helt utladet på ubestemt tid uten skade.

En ny type sink-brombatteri, kalt et sink-brom-gel-batteri, utvikles for tiden i Australia. Den er lettere, tryggere, raskere å lade og mer fleksibel.

Egenskaper

RedFlow ZBM2 10kWt strømningsbatterier i et testlaboratorium

De viktigste egenskapene til sink-brombatteriet er:

• Høy energitetthet i forhold til blybatterier.
• 100% dybde for utladning på daglig basis.
• Ingen holdbarhetsbegrensninger, ettersom sink-brombatterier ikke er forgjengelige, i motsetning til for eksempel bly-syre- og litiumionbatterier.
• Skalerbar kapasitet.

Ulempene inkluderer:

• Behovet for å bli fullstendig utladet noen få dager for å forhindre sinkdendritter som kan punktere separatoren.
• Behovet for hver 1 - 4 syklus for å kortslutte terminalene over en lavimpedans grenkrets mens du kjører elektrolyttpumpen, for å fjerne sink helt fra batteriplatene.
• Lav arealeffekt (<0,2 W / cm2) under både lading og utladning, noe som gir høye strømkostnader.

Sink-brom strømningsbatteri leverandører inkluderer:

• Primus Power - Hayward, California, USA.
• RedFlow Limited - Brisbane, Australia.
• Smart Energy - Shanghai, Kina.
• EnSync (tidligere ZBB) - Menomonee Falls, Wisconsin, USA.
• ZBEST Power - Beijing, Kina.

Disse batterisystemene konkurrerer om å tilby energilagringsløsninger til en lavere total kostnad enn andre energilagringssystemer som blysyre, vanadiumredoks, natrium-svovel, litiumion og andre.

Elektrokjemi

Ved den negative elektroden er sink den elektroaktive arten. Sink har lenge vært brukt som den negative elektroden til primærceller. Det er allment tilgjengelig, relativt billig metall, som er elektropositivt, med et standard reduksjonspotensial E° = -0,76 V vs SHE. Imidlertid er den ganske stabil i kontakt med nøytrale og alkaliske vandige løsninger. Av denne grunn brukes den i dag i sink–karbon og alkalisk primær.

I sink-brom-strømningsbatteriet er den negative elektrodereaksjonen den reversible oppløsningen/pletteringen av sink:

${\ce {Zn{(s)}<=>{Zn^{2}+}{(aq)}+2e^{-}}}$

Ved den positive elektroden reduseres brom reversibelt til bromid (med et standard reduksjonspotensial på +1.087 V vs SHE):

${\ce {{Br2{(aq)}}+2e^{-}<=>{2Br^{-}}{(aq)}}}$

Den totale cellereaksjonen er derfor

${\ce {{Zn{(s)}}+Br2{(aq)}<=>{2Br^{-}}{(aq)}+{Zn^{2}+}{(aq)}}}$

Den målte potensialforskjellen er rundt 1,67 V per celle (litt mindre enn det som er spådd fra standard reduksjonspotensialer).

De to elektrodekamrene i hver celle er delt av en membran (vanligvis en mikroporøs eller ionebytende variant). Dette bidrar til å forhindre at brom når den positive elektroden, der den reagerer med sink og forårsaker at batteriet selvutlades. For ytterligere å redusere selvutladning og redusere damptrykket til brom, tilsettes kompleksdannere til den positive elektrolytten. Disse reagerer reversibelt med brom for å danne en oljeaktig rød væske og redusere Br₂ konsentrasjon i elektrolytten.^{[trenger referanse]}