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フロー電池、または酸化還元フロー電池（酸化還元反応にちなんで）は、膜の両側にあるシステムを通じてポンプで送られる液体に溶解した2つの化学成分によって化学エネルギーが供給される電気化学セルの一種です。 [2] [3]セル内のイオン移動（外部回路を通る電流の流れを伴う）は、液体がそれぞれの空間を循環する間に膜を越えて発生します。
無機[4]や有機[5]を含む様々なフロー電池が実証されています。フロー電池の設計は、さらにフルフロー、セミフロー、膜なしに分類できます。
従来型電池とフロー電池の基本的な違いは、従来型電池ではエネルギーが電極材料に蓄えられるのに対し、フロー電池ではエネルギーが電解質に蓄えられることです。
フロー電池は、燃料電池（新たに充電された負極活物質（別名、還元剤または燃料）と充電された正極活物質（別名、酸化剤）がシステムに追加される）のように、または充電式電池（電源が還元剤と酸化剤の再生を駆動する）のように使用できます。
フロー電池は、従来の固体電気活性材料を使用した充電式電池に比べて、電力（スタックのサイズによって決まる）とエネルギー（タンクのサイズによって決まる）の独立したスケーリング、長いサイクル寿命と暦寿命、[6]および総所有コストの潜在的低減など、いくつかの技術的利点がある。しかし、フロー電池はサイクルエネルギー効率が低い（50～80%）という欠点がある。この欠点は、内部クロスオーバー（膜/セパレーターを介した）の影響を低減し、電力コスト（スタックのサイズ）を低減するために、フロー電池を高電流密度（>= 100 mA/cm2）で動作させる必要があることに起因している。また、ほとんどのフロー電池（Zn-Cl 2、Zn-Br 2、およびH 2 -LiBrO 3は例外）は、リチウムイオン電池よりも比エネルギーが低い（重い）。この重い理由は、主に、液相で酸化還元活性種を維持するために溶媒（通常は水）を使用する必要があるためである。[7]
フロー電池の特許分類は、2021年時点ではまだ完全には開発されていませんでした。燃料電池をフロー電池のサブクラスと見なす方が適切であるにもかかわらず、共同特許分類ではフロー電池を再生型燃料電池のサブクラス（H01M8/18）と見なしています。[要出典]
セル電圧は化学的にはネルンストの式で決定され、実際の用途では1.0～2.43ボルトの範囲である。エネルギー容量は電解質の体積の関数であり、電力は電極の表面積の関数である。[8]
歴史
亜鉛臭素フロー電池（Zn-Br2）は、最初のフロー電池でした。[8]ジョン・ドイルは、1879年9月29日に特許US224404を申請しました。Zn-Br2電池は比較的高い比エネルギーを持ち、1970年代に電気自動車で実証されました。[9]
1950年代にドイツで働いていたエストニアの化学者、ワルター・カングロは、溶解した遷移金属イオン（Ti-FeおよびCr-Fe）をベースにしたフロー電池を初めて実証しました。[10] Ti-Feレドックスフロー電池（RFB）化学の初期実験の後、NASAと日本およびその他の国々のグループは、さらなる開発のためにCr-Fe化学を選択しました。サイクル中の時間によって変化する濃度の影響を減らすために、混合溶液（すなわち、ネゴライトとポソライトにクロムと鉄の両方の種を含む）が使用されました。
1980年代後半、オーストラリアのニューサウスウェールズ大学（UNSW）のSum、Rychcik、 Skyllas-Kazacos [11]は、バナジウムRFB化学を実証しました。UNSWはVRFBに関連するいくつかの特許を申請し、後に日本、タイ、カナダの企業にライセンス供与され、これらの企業はさまざまな成功を収めながらこの技術の商業化を試みました。[12]
有機レドックスフロー電池は2009年に登場した。[13]
2022年、中国の大連では、当時同種としては最大規模となる400MWh、100MWのバナジウムフロー電池の運用が開始された。[14]
住友電工は台湾、ベルギー、オーストラリア、モロッコ、カリフォルニアで使用するためのフロー電池を製造している。北海道のフロー電池ファームは2022年4月にオープンした当時は世界最大だったが、中国が天然ガス発電所の出力に匹敵する8倍の規模のファームを配備するまでは。[15]
デザイン
フロー電池は、1つ以上の溶解した電気活性元素を含む電解質が電気化学セルを流れ、化学エネルギーを電気エネルギーに可逆的に変換する充電式燃料電池です。電気活性元素とは、「電極反応に参加できる、または電極に吸着できる溶液中の元素」です。 [16]
電解質は外部、通常はタンクに貯蔵され、通常は反応器のセル（またはセル群）に送り込まれる。[17]フロー電池は、放電した電解質液を交換することで（内燃機関の燃料補給に類似）、使用済みの材料を回収して再充電することで、急速に「再充電」することができる。また、その場で再充電することもできる。多くのフロー電池は、多くの酸化還元対に対する固有の活性が低いため電力密度が限られているにもかかわらず、低コストで十分な電気伝導性があるため、カーボンフェルト電極を使用している。 [18] [19]発電できる電気の量は、電解質の量によって決まる。
フロー電池は電気化学工学の設計原理に従って設計されています。[20]
評価
レドックスフロー電池、およびそれほどではないがハイブリッドフロー電池には、次のような利点があります。
- エネルギー（タンク）と電力（スタック）の独立したスケーリングにより、各アプリケーションのコスト、重量などの最適化が可能になります。
- 長いサイクル寿命と暦寿命（リチウムイオン電池や関連電池を劣化させる固体から固体への相転移がないため）
- 迅速な応答時間
- 「均等化」充電（すべてのセルが均等に充電されるようにバッテリーを過充電する）は不要です。
- 有害な排出物なし
- アイドル期間中の自己放電はほとんどない
- 電気活性材料のリサイクル
いくつかのタイプは、充電状態を簡単に判断でき（充電電圧に依存する）、メンテナンスが少なく、過充電/過放電に対する耐性を備えています。
通常、可燃性の電解質を含まず、電解質をパワースタックから離れた場所に保管できるため安全です。
主な欠点は以下の通りである。[21]
- エネルギー密度が低い（有用な量のエネルギーを貯蔵するには大きなタンクが必要）
- 充電および放電率が低い。これは、大きな電極と膜セパレーターが必要となり、コストが増加することを意味します。
- クロスオーバー（内部自己放電）の影響を最小限に抑え、コストを削減するために、より高い電流密度で動作するため、エネルギー効率が低くなります。
フロー電池は一般的に燃料電池よりもエネルギー効率が高いが、リチウムイオン電池よりも低い。[22]
従来のフロー電池の化学特性は、比エネルギーが低く（完全な電気自動車には重すぎる）、比出力も低い（固定式エネルギー貯蔵には高価すぎる）という欠点がある。しかし、水素-臭素フロー電池では1.4 W/cm 2という高出力が実証され、水素-臭素酸塩フロー電池では比エネルギー（タンクレベルで530 Wh/kg）が高いことが示された[23] [24] [25]
従来のフロー電池
レドックスセルは、流体（液体または気体）媒体中の酸化還元活性種を使用します。レドックスフロー電池は、充電可能な（二次）電池です。[26]固体拡散やインターカレーションではなく、異種電子移動を使用するため、従来の電池よりも燃料電池に似ています。燃料電池が電池と見なされない主な理由は、もともと（1800年代）燃料電池が非燃焼電気化学プロセスを介して燃料（および空気）から直接電気を生成する手段として登場したためです。その後、特に1960年代と1990年代に、充電可能な燃料電池（つまりH
2/お
2NASAのヘリオス プロトタイプのユニット化された再生燃料電池など、新しい燃料電池が開発されました。
Cr-Fe化学には、水和異性（すなわち、電気化学的に活性なCr3+クロロ錯体と不活性なヘキサアクア錯体との間の平衡）や陰極上での水素発生などの欠点がある。水和異性はキレートアミノ配位子を添加することで緩和でき、水素発生はH2過電圧を高めるためにPb塩を添加することと、クロム電極反応を触媒するためにAu塩を添加することで緩和できる。 [ 27]
従来の酸化還元フロー電池の化学組成には、鉄-クロム、バナジウム、多硫化物-臭化物（Regenesys）、ウランなどがある。[28]酸化還元燃料電池は多くの提案があるものの、商業的にはあまり一般的ではない。[29] [30] [31] [32]
バナジウム
バナジウム レドックスフロー電池は、商業的に最も普及している電池です。この電池は両方の電極にバナジウムを使用しているため、相互汚染の心配がありません。しかし、バナジウム塩の溶解度が限られているため、実際にはこの利点が相殺されます。この化学反応の利点には、グラファイトと水性酸の界面の電気化学電圧ウィンドウ内に 4 つの酸化状態が存在すること、そのため Cr-Fe RFB に悪影響を与える混合希釈が不要になることなどがあります。商業的に成功するためにさらに重要なのは、炭素と水性酸の界面の電圧ウィンドウがバナジウム レドックス カップルの電圧ウィンドウとほぼ完全に一致していることです。これにより、低コストの炭素電極の寿命が延び、H2 や O2 の発生などの副反応の影響が軽減され、耐久性が何年も持続し、サイクル寿命が長く (15,000～20,000 回)、その結果、記録的な低レベルの均等化エネルギー原価(LCOE、システム コストを使用可能エネルギーで割った値、サイクル寿命、往復効率) が実現します。これらの長い寿命により、比較的高い資本コスト（バナジウム、カーボンフェルト、バイポーラプレート、膜によって決まる）の償却が可能になります。LCOEは1kWhあたり数十セント程度で、固体電池よりもはるかに低く、米国およびEC政府機関が掲げる5セントの目標に近いです。[33]主な課題としては、V 2 O 5の存在量が少なくコストが高い（> 30ドル/kg）、水素と酸素の発生を含む寄生反応、サイクリング中の V 2 O 5の沈殿などがあります。
ハイブリッド
ハイブリッドフロー電池（HFB）は、固体層として堆積された1つ以上の電気活性成分を使用する。[34]主な欠点は、分離されたエネルギーと電力が減少することです。セルには1つのバッテリー電極と1つの燃料電池電極が含まれています。このタイプは、電極の表面積によってエネルギーが制限されます。
HFBには、亜鉛-臭素、亜鉛-セリウム、[35]可溶性鉛蓄電池、[36]および全鉄フロー電池が含まれる。Wengらは、実験的OCV 1.93 V、動作電圧1.70 Vという比較的高い値を持つバナジウム-金属水素化物ハイブリッドフロー電池を報告した。これは、 VOSOの混合溶液中で動作するグラファイトフェルト正極から構成される。
4とH
2それで
4、および金属水素化物負極をKOH水溶液に溶解した。異なるpHの2つの電解質は、バイポーラ膜によって分離されている。このシステムは、良好な可逆性と、クーロン（95％）、エネルギー（84％）、電圧（88％）の高効率を示した。彼らは、電流密度の増加、より大きな100 cm 2の電極の組み込み、および直列操作による改善を報告した。変動する模擬電力入力を使用した予備データにより、kWh規模のストレージの実現可能性がテストされました。[37] 2016年には、高エネルギー密度のMn（VI）/Mn（VII）-Znハイブリッドフロー電池が提案されました。[38]
ポリヨウ化亜鉛
プロトタイプの亜鉛-ポリヨウ化物フロー電池は、167 Wh/L のエネルギー密度を実証しました。旧式の亜鉛 - 臭化物セルは 70 Wh/L に達します。比較すると、リン酸鉄リチウム電池は325 Wh/L を蓄えます。亜鉛 - ポリヨウ化物電池は、酸性電解質を含まず、不燃性であり、動作範囲が -4 ～ 122 °F (-20 ～ 50 °C) で、重量とスペースを増やす大規模な冷却回路を必要としないことから、他のフロー電池よりも安全であるとされています。未解決の問題の 1 つは、負極に亜鉛が蓄積して膜を透過し、効率を低下させる可能性があることです。亜鉛デンドライトの形成により、亜鉛ハロゲン化物電池は高電流密度 (> 20 mA/cm 2 ) では動作できず、したがって電力密度が制限されます。ZnI 電池の電解質にアルコールを追加すると改善されます。[39] Zn/I RFBの欠点は、ヨウ化物塩のコストが高いこと（> 20ドル/kg）、Zn析出面積が限られているため、分離エネルギーと出力が低下すること、およびZnデンドライトが形成されることである。
バッテリーが完全に放電されると、両方のタンクに同じ電解液、すなわち正に帯電した亜鉛イオン（Zn2歳以上
）および負に帯電したヨウ化物イオン（I−
）。充電すると、タンクの1つに別の負イオンであるポリヨウ化物（I−
3）。バッテリーは液体をスタック全体に送り込み、液体が混合することで電力を生成します。スタック内では、亜鉛イオンが選択膜を通過し、スタックの負極側で金属亜鉛に変化します。[40]エネルギー密度を高めるために、臭化物イオン（Br
–）は、遊離ヨウ素を安定化するための錯化剤として使用され、ヨウ素臭化物イオン（I
2Br−
）は、ヨウ化物イオンを解放して電荷を蓄える手段として利用される。[41]
陽子の流れ
プロトンフロー電池（PFB）は、金属水素化物貯蔵電極を可逆性プロトン交換膜（PEM）燃料電池に統合する。充電中、PFBは水の分解から生成された水素イオンを、燃料電池の1つの電極内の電子と金属粒子と結合する。エネルギーは金属水素化物固体の形で貯蔵される。放電により、プロセスが逆転し、プロトンが周囲の酸素と結合すると、電気と水が生成される。リチウムよりも安価な金属を使用でき、リチウムセルよりも高いエネルギー密度が得られる。[42] [43]
オーガニック
バナジウムやZn- Br2電池などの無機レドックスフロー電池と比較すると、有機レドックスフロー電池の利点は、活性成分の調整可能な酸化還元特性です。2021年現在、有機RFBは耐久性（暦寿命またはサイクル寿命、またはその両方）が低く、商業規模では実証されていません。[13]
有機レドックスフロー電池は、さらに水性（AORFB）と非水性（NAORFB）に分類できます。[44] [45] AORFBは電解質材料の溶媒として水を使用し、NAORFBは有機溶媒を使用します。AORFBとNAORFBはさらにトータルシステムとハイブリッドシステムに分けられます。前者は有機電極材料のみを使用し、後者はアノードまたはカソードに無機材料を使用します。大規模なエネルギー貯蔵では、溶媒コストが低く導電性が高いため、AORFBの商業的可能性が高く、水ベースの電解質の安全上の利点も得られます。代わりに、NAORFBははるかに大きな電圧ウィンドウを提供し、占有スペースが少なくなります。
pH中性AORFB
pH中性のAORFBはpH 7の条件で動作し、通常は支持電解質としてNaClを使用します。pH中性の条件では、有機分子や有機金属分子は腐食性の酸性やアルカリ性条件よりも安定しています。たとえば、AORFBで使用される一般的な陰極液であるK4[Fe(CN)]はアルカリ溶液では安定しませんが、pH中性の条件では安定します。[46]
AORFB は、pH 中性条件で陽極液としてメチルビオロゲン、陰極液として4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-1-オキシルを 使用し、さらに NaCL と低コストの陰イオン交換膜を使用しました。この MV/TEMPO システムは、2015 年現在 AORFB で報告されている中で最高のセル電圧 (1.25 V) と、おそらく最低の資本コスト (180 ドル/kWh) を備えています。水性液体電解質は、インフラストラクチャを交換することなくドロップイン交換できるように設計されています。600 ミリワットのテスト バッテリーは、20～100 mA/cm 2の電流密度でほぼ 100% の効率で 100 サイクル安定しており、40～50 mA で最適な性能が評価され 、このときバッテリーの元の電圧の約 70% が保持されました。[47] [48]中性AORFBは酸性またはアルカリ性の代替品よりも環境に優しく、腐食性のRFBに匹敵する電気化学的性能を示します。MV / TEMPO AORFBのエネルギー密度は8.4 Wh / Lですが、TEMPO側の制限があります。2019年には、超軽量スルホン酸塩-ビオロゲン/フェロシアン化物AORFBを使用したビオロゲンベースのフロー電池が、10 Wh / Lのエネルギー密度で1000サイクル安定していると報告されました。これは、当時最も安定したエネルギー密度の高いAORFBでした。[49]
酸性AORFB
キノンとその誘導体は、多くの有機酸化還元システムの基礎となっている。[50] [51] [52]ある研究では、1,2-ジヒドロベンゾキノン-3,5-ジスルホン酸（BQDS）と1,4-ジヒドロベンゾキノン-2-スルホン酸（BQS）がカソードとして使用され、従来のPb / PbSO 4がハイブリッド酸AORFBのアノード液であった。キノンは、従来のカソード液の1単位と比較して2単位の電荷を受け入れるため、一定体積で2倍のエネルギーを得られることを意味する。
別のキノンである9,10-アントラキノン-2,7-ジスルホン酸（AQDS）が評価された。[53] AQDSは、硫酸中のガラス状炭素電極上で、2電子/2プロトンの急速な可逆還元を受ける。キノン/ヒドロキノンカップルとBr
2/ブラ−
このバッテリーは、 13,000 A/m 2で6,000 W/m 2を超えるピークガルバニック電力密度を生み出します。サイクルでは、1サイクルあたり99%を超えるストレージ容量保持率を示しました。体積エネルギー密度は20 Wh/Lを超えました。[54]負極側にアントラキノン-2-スルホン酸とアントラキノン-2,6-ジスルホン酸、正極側に1,2-ジヒドロベンゾキノン-3,5-ジスルホン酸を使用することで、有害なBr 2の使用を避けています。このバッテリーは、劣化することなく1,000サイクル持続すると主張されています。[55]セル電圧が低く（約0.55 V）、エネルギー密度も低い（4 Wh/L未満）。
臭化水素酸を毒性の低いアルカリ溶液（1 M KOH）とフェロシアン化物[56]に置き換えると腐食性が低くなり、安価なポリマータンクの使用が可能になりました。膜の電気抵抗の増加は、電圧を1.2 Vに増加させることで補われました。 [57] [58]セル効率は99%を超え、往復効率は84%でした。バッテリーの予想寿命は少なくとも1,000サイクルでした。理論上のエネルギー密度は19 Wh/Lでした。[59]高pH KOH溶液中の フェロシアン化物の化学的安定性は検証されていません。
陽極液と陰極液の両方を同じ分子に統合する、すなわち二機能性分析物[60]または複合分子[61]は、両方のタンクで同じ材料を使用することを可能にする。一方のタンクでは電子供与体であり、他方のタンクでは電子受容体である。これには、クロスオーバー効果が減少するなどの利点がある。[62]したがって、キノンジアミノアントラキノン[62]とインジゴベース[60]の分子、およびTEMPO/フェナジン[61]は、このような対称型レドックスフロー電池（SRFB）の潜在的な電解質である。
別のアプローチでは、ドナー/受容体としてブラッターラジカルを採用しました。これは水溶性ではありませんでしたが、テストでは275回の充電と放電のサイクルに耐えました。[63]
アルカリ
キノンとフルオレノン分子は、水溶性を高めるために再設計することができます。2021年に、可逆的なケトン（脱）水素化デモセルは、触媒なしで室温で1,111回の充電サイクルで120日間連続動作し、97％の容量を維持しました。このセルは、バナジウムベースのシステムの2倍以上のエネルギー密度を提供しました。[64] [65]主な課題は、エネルギー密度を5Wh / L未満に保つ安定した陰極液の欠如でした。アルカリ性AORFBは、アルカリ溶液中のフェロシアン化物の安定性の問題のため、過剰なフェロシアン化カリウム陰極液を使用します。
有機金属フロー電池は、有機配位子を使用して酸化還元特性を改善します。配位子はEDTAなどのキレートであり、電解質を中性またはアルカリ性状態にすることができます。この状態では、金属アクア錯体が沈殿します。有機配位子は、金属への水の配位をブロックすることで、金属触媒による水分解反応を阻害し、より高い電圧の水性システムを実現します。たとえば、 1,3-プロパンジアミンテトラアセテート (PDTA) に配位したクロムを使用すると、フェロシアン化物に対して 1.62 V、臭素に対して記録的な 2.13 V のセル電位が得られました。[66]有機金属フロー電池は、ロッキード マーティンの Gridstar Flow テクノロジーなどの配位化学フロー電池として知られています。 [67]
オリゴマー
オリゴマー酸化還元種は、クロスオーバーを減らし、低コストの膜を可能にするために提案されました。このような酸化還元活性オリゴマーは、レドキシマーとして知られています。1つのシステムでは、有機ポリマーと生理食塩水をセルロース膜とともに使用します。プロトタイプは、かなりの容量を維持しながら10,000回の充電サイクルを経験しました。エネルギー密度は10 Wh/Lでした。[68]電流密度は1,1アンペア/cm 2に達しました。[69]
別のオリゴマー RFB では、ビオロゲンと TEMPO レドキシマーを低コストの透析膜と組み合わせて使用しました。水に溶解した機能化高分子(アクリルガラスや発泡スチロールに類似) が活性電極材料でした。サイズ選択性ナノ多孔膜はストレーナーのように機能し、従来のイオン選択膜よりもはるかに簡単かつ低コストで製造できます。この膜は、大きな「スパゲッティ」のようなポリマー分子をブロックし、小さな対イオンを通過させます。[70]このコンセプトは、従来のNafion膜の高コストを解決する可能性があります。オリゴマーレドックス種を使用した RFB は、競争力のある領域固有の電力を実証していません。低い動作電流密度は、大きなレドックス分子の本質的な特徴である可能性があります。[引用が必要]
その他のタイプ
その他のフロー型電池には、亜鉛-セリウム電池、亜鉛-臭素電池、水素-臭素電池などがあります。
膜なし
膜なし電池[71]は、2つの液体がチャネルを介してポンプで送られ、電気化学反応を起こしてエネルギーを蓄積または放出する層流に依存しています。溶液はほとんど混ざることなく並行して通過します。流れは膜を必要とせずに自然に液体を分離します。[72]
膜は、特定の反応物に繰り返しさらされると腐食するため、最もコストがかかり、信頼性の低いバッテリー部品であることが多い。膜がないため、液体臭素溶液と水素を使用できる。膜を使用する場合、この組み合わせは問題となる。膜が臭化水素酸を形成し、膜を破壊する可能性があるからだ。どちらの材料も低コストで入手できる。[73]この設計では、2つの電極の間に小さなチャネルを使用する。液体臭素はチャネルを通ってグラファイトカソード上を流れ、臭化水素酸は多孔質アノードの下を流れる。同時に、水素ガスがアノードを横切って流れる。化学反応を逆転させてバッテリーを再充電することができる。これは膜なし設計では初めてのことだ。[73] 2013年8月に発表されたそのような膜なしフローバッテリーの1つは、最大電力密度795kW/cm 2を生成した。これは、他の膜なしシステムの3倍であり、リチウムイオンバッテリーよりも1桁高い。[73]
2018年には、電解質ストリームの再充電と再循環が可能なマクロスケールの膜なしRFBが実証されました。このバッテリーは、混ざり合わない有機陰極液と水性陽極液をベースにしており、サイクリング中に高い容量保持率とクーロン効率を示しました。[74]
サスペンションベース
ナノ粒子のネットワークに配置されたリチウム硫黄システムは、導電板と直接接触している粒子の電荷の出入りを必要としません。代わりに、ナノ粒子ネットワークは電気が液体全体に流れることを可能にします。これにより、より多くのエネルギーを取り出すことができます。[76]
半固体フロー電池では、正極粒子と負極粒子がキャリア液に懸濁している。懸濁液は、薄い多孔質膜などのバリアで区切られた反応室のスタックを流れる。このアプローチは、液体電解質に懸濁した電極材料を使用する水性フロー電池の基本構造と、導電性炭素ネットワークを備えたカーボンフリー懸濁液とスラリーの両方におけるリチウムイオン電池の化学反応を組み合わせたものである。[1] [77] [78]カーボンフリー半固体RFBは、固体分散レドックスフロー電池とも呼ばれる。[79]物質を溶解すると、その化学的挙動は大幅に変化する。しかし、固体物質を懸濁させると、固体の特性が維持される。その結果、粘性のある懸濁液が得られる。[80]
2022年、インフルイト・エナジーは水溶液に懸濁した金属酸化物からなるフロー電池電解質を発表した。[81] [82]
酸化還元標的固体（ROTS）フロー電池は、固体エネルギーブースター（SEB）[83] [84] [ 85] [86] [87] [88 ] [89]としても知られ、ポソライトまたはネゴライトのいずれか、あるいはその両方（別名酸化還元流体）が、1つ以上の固体電気活性材料（SEM）と接触します。流体は1つ以上の酸化還元対で構成され、酸化還元電位はSEMの酸化還元電位に隣接しています。このようなSEB / RFBは、従来の電池（リチウムイオンなど）の高い比エネルギーの利点と、フロー電池の分離されたエネルギー-電力の利点を兼ね備えています。SEB（ROTS）RFBは、半固体RFBと比較して、粘性スラリーをポンプで送る必要がない、沈殿/目詰まりがない、面積比電力が高い、耐久性が長い、化学設計スペースが広いなどの利点があります。しかし、このような電池は二重のエネルギー損失（スタック内で1つ、SEB(ROTS)とメディエーター間のタンク内で1つ）があるため、エネルギー効率が悪い。システムレベルでは、従来のリチウムイオン電池の実際の比エネルギーは、リチウムイオン電池のSEB(ROTS)フローバージョンよりも大きい。[90]
比較
アプリケーション
技術的なメリットにより、レドックスフロー電池は大規模なエネルギー貯蔵に適しています。フロー電池は通常、数時間にわたる充放電サイクルを伴う比較的大規模な（1kWh～10MWh）定置型アプリケーションに使用されます。[94]フロー電池は、充放電時間が短い場合、コスト効率が良くありません。市場のニッチには以下が含まれます。
- グリッドストレージ- グリッドで使用するための短期および/または長期のエネルギーストレージ
- UPS は、主電源が中断なく電力を供給できない場合にバッテリーを使用します。
- 電力変換– すべてのセルは同じ電解質を共有しているため、特定の数のセルを使用して電解質を充電し、別の数のセルを使用して電解質を放電することができます。バッテリー電圧は使用されるセルの数に比例するため、バッテリーは強力なDC-DCコンバーターとして機能することができます。さらに、セルの数を連続的に変更する場合（入力側および/または出力側）、電力変換はAC/DC、AC/AC、またはDC-ACにすることができ、周波数はスイッチングギアの周波数によって制限されます。[97]
- 電気自動車– フロー電池は電解質を交換することで急速に「充電」できるため、ガソリン車と同じくらい速くエネルギーを補給する必要がある用途に使用できます。[98] [99] EV用途のほとんどのRFB化学に共通する問題は、エネルギー密度が低いため走行距離が短いことです。亜鉛塩素電池[100]と溶解性の高いハレートを使用した電池は注目すべき例外です。[101] [より良い情報源が必要]
- 独立電源システム– 一例としては、電力網が利用できない携帯電話基地局が挙げられます。バッテリーは、変動する電力レベルを補うために太陽光や風力電源と併用したり、燃料を節約するために発電機と併用したりすることができます。[102] [103] [より良い情報源が必要]
参照
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外部リンク
- フロー電池に関するエレクトロペディア
- ウランレドックスフロー電池の研究
- フロー電池の仕組みをYouTubeで紹介
- 南オーストラリアフロー電池プロジェクト