Rodzaje ogniw: pierwotne i wtórne

Podobne dokumenty
Przetwarzanie energii: kondensatory

Materiały elektrodowe

Przetwarzanie energii: kondensatory

Ogniwa paliwowe FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ. Wykorzystanie wodoru jako nośnika energii

Historia elektrochemii

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie charakterystyki prądowo- napięciowej elektrolizera typu PEM,

Magazyny energii w technologii przepływowej odpowiedź producentów baterii na zapotrzebowanie rynku energii

Energetyka obywatelska. Magazyny energii w rozwoju transportu elektrycznego

Materiały w bateriach litowych.

Laboratorium z Konwersji Energii. Ogniwo Paliwowe PEM

Przegląd technologii magazynowania energii elektrycznej. Mariusz Kłos

CATA ASPEKTY TECHNICZNE WYKORZYSTANIA TECHNOLOGII MAGAZYNOWANIA ENERGII. Centrum Zastosowań Zaawansowanych Technologii MIECZYSŁAW KWIATKOWSKI

Materiały katodowe dla ogniw Li-ion wybrane zagadnienia

Magazyny energii, elektromobilność i uboczne korzyści magazynowania energii

JEDNOKOMOROWE OGNIWA PALIWOWE

Kompozytowy akumulator kwasowy (KLAB)

Obwody prądu stałego. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12)Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

LABORATORIUM PRZEMIAN ENERGII

Elektrolity polimerowe. 1. Modele transportu jonów 2. Rodzaje elektrolitów polimerowych 3. Zastosowania elektrolitów polimerowych

Zalety przewodników polimerowych

Ogniwo paliwowe typu PEM (ang. PEM-FC)

Wybrane Działy Fizyki

Specjalność ZRÓWNOWAŻONA ENERGETYKA. Nowe i odnawialne źródła energii

Podstawy elektrochemii

ELEKTRODY i OGNIWA. Elektrody I rodzaju - elektrody odwracalne wzgl dem kationu; metal zanurzony w elektrolicie zawieraj cym jony tego metalu.

CHP z ogniwem paliwowym Przegląd rynku

Laboratorium ogniw paliwowych i produkcji wodoru

Instytut Elektrotechniki Oddział Technologii i Materiałoznawstwa Elektrotechnicznego we Wrocławiu

STAN OBECNY I PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA OGNIW PALIWOWYCH

Fragmenty Działu 8 z Tomu 1 PODSTAWY ELEKTROCHEMII

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

NOWOCZESNE ŹRÓDŁA ENERGII

Bezemisyjna energetyka węglowa

Akumulacja energii w systemie elektroenergetycznym przy zastosowaniu technologii sodowo-jonowych

Układy napędowe i magazyny energii w pojazdach elektrycznych oraz systemy do ładowania baterii

TECHNOLOGIE MAGAZYNOWANIA ENERGII STOSOWANE W INSTALACJACH ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII

Hoppecke. Koncepcje Systemów Magazynowania Energii rozwijanych przez HOPPECKE. Grid Systemizer

Elektrochemiczne źródła energii

Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd

Magazyn energii elektrycznej - definicja

Akumulatory i nie tylko...

Epoka kamienia łupanego nie skończyła się z powodu braku kamienia

Tradycyjny, pięcioetapowy system produkcji i dystrybucji energii elektrycznej

Akademickie Centrum Czystej Energii. Ogniwo paliwowe

Elektrochemia - szereg elektrochemiczny metali. Zadania

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Kondensatory = D C = Pojemność elektryczna. Kondensator płaski. Rozdzielając ładunki wykonujemy pracę gromadzimy energię elektryczną.

OBWODY PRĄDU STAŁEGO. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ogniwa z elektrodami stałymi

Samochody na wodór. Zastosowanie. Wodór w samochodach. Historia. Przechowywanie wodoru

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

AUTOBUSY ELEKTRYCZNO-WODOROWE URSUS BUS S.A.

Budowa i zasada działania akumulatora

Nowoczesne technologie w dziedzinie fotowoltaiki. A. Zaremba I stytut Elektrote h iki Prze ysłowej, Wydział Elektry z y, Polite h ika Często howska

BATERIE STACJONARNE SONNENSCHEIN A400 SYSTEMY BATERYJNE DLA TELEKOMUNIKACJI I PRZEMYSŁU.

Sa o hód jako źródło dla do u Technologie zasobnikowe PME. Marcin Fice Polite h ika Śląska

Parametry ogniw: napięcie ogniwa otwartego

Czy ogniwa paliwowe staną się przyszłością elektroenergetyki?

BATERIE TRAKCYJNE BPOWER MADE IN EUROPE.

Nowe rozwiązania dla napędów elektrycznych w transporcie wewnętrznym

Wymagania względem elektrolitów. DOI: /c5cs00303b

SOFC. Historia. Elektrochemia. Elektroceramika. Elektroceramika WYKONANIE. Christian Friedrich Schönbein, Philosophical Magazine,1839

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

INDEKS ALFABETYCZNY CEI:2004

Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we Wszechświecie, Stanowi główny składnik budujący gwiazdy,

Ogniwa galwaniczne. Elektrolizery. Rafinacja. Elektroosadzanie.

Niskoemisyjne, alternatywne paliwa w transporcie. Sławomir Nestorowicz Pełnomocnik Dyrektora ds. Paliw Metanowych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

1. za pomocą pomiaru SEM (siła elektromotoryczna róŝnica potencjałów dwóch elektrod) i na podstawie wzoru wyznaczenie stęŝenia,

Superkondensatory. Charakterystyka elektrochemiczna. Zajęcia odbywają się w poniedziałki w sali nr 343

Wykorzystanie energii z odnawialnych źródeł na Dolnym Śląsku, odzysk energii z odpadów w projekcie ustawy o odnawialnych źródłach energii

1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA OGNIWA PALIWOWEGO

Techniki akumulacji energii część 1

Działania na rzecz zrównoważonej mobilności w mieście stołecznym Warszawa. Miejskie Zakłady Autobusowe Sp. z o.o.

Okres realizacji projektu: r r.

Nowoczesne akumulatory do zastosowań w transporcie i energetyce

OGNIWA PALIWOWE W GENERACJI ROZPROSZONEJ

Krzysztof Stańczyk. CZYSTE TECHNOLOGIE UśYTKOWANIA WĘGLA

Elektrochemia. Reakcje redoks (utlenienia-redukcji) Stopień utlenienia

Ćwiczenie 5. Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznej

Pojemność do 5 razy większa... Nowe akumulatory

Część 3. Magazynowanie energii. Akumulatory Układy ładowania

UZUPEŁNIENIE DO WYKŁADÓW

Stan obecny i perspektywy wykorzystania energii odnawialnej

PERSPEKTYWY ROZWOJU ELEKTRYCZNYCH AUTOBUSÓW MIEJSKICH MARKI URSUS. URSUS BUS S.A. Dariusz Kasperek

Ćwiczenie 5. Testowanie ogniwa paliwowego wodorowego zasilanego energią pochodzącą z konwersji fotowoltaicznej

Spis treści. Wykaz ważniejszych oznaczeń i jednostek 13 Przedmowa 17 Wstęp Odnawialne źródła energii 72

Sole. 2. Zaznacz reszty kwasowe w poniższych solach oraz wartościowości reszt kwasowych: CaBr 2 Na 2 SO 4

inż. Mariusz Jaśkowiec Regional Partner

Odnawialne źródła energii i pojazdy proekologiczne - Jastrzębska GraŜyna. Spis treści. Przedmowa Wykaz oznaczeń Wykaz skrótów

Karta pracy III/1a Elektrochemia: ogniwa galwaniczne

Perspektywy rynku biomasy na TGE S.A. Dariusz Bliźniak V-ce Prezes Zarządu Towarowa Giełda Energii S.A

HTR - wysokotemperaturowy reaktor jądrowy przyjazny środowisku. Jerzy Cetnar AGH

Techniczne aspekty związane z produkcją na wielką skalę samochodów elektrycznych

HAZE BATTERY Company Ltd. Akumulatory ołowiowo kwasowe monobloki szczelne AGM 15 letnie monobloki 2V. seria HZB-AGM

Gospodarka energetyczna skojarzona - elektrociepłownie korzystające z energii wiatru i energii wodorowej.

gospodarki energetycznej Cele polityki energetycznej Polski Działania wspierające rozwój energetyki odnawialnej w Polsce...

SAMOCHÓD ELEKTRYCZNY EFEKT EWOLUCJI I REWOLUCJI ODPOWIEDŹ NA POTRZEBY - REALIZACJA MOŻLIWOŚCI

Schemat ogniwa:... Równanie reakcji:...

HAZE BATTERY Company Ltd. Akumulatory ołowiowo kwasowe szczelne żelowe 15 letnie monobloki 2V. seria HZY-ŻELOWE

Transkrypt:

Rodzaje ogniw: pierwotne i wtórne Ogniwa pierwotne nie ładowalne Zużyciu ulegają elektrody Ogniwa wtórne ładowalne Magazynowanie jonów w elektrodach Transport jonów w elektrolicie/elektrolitach

Rodzaje ogniw: pierwotne i wtórne Ogniwo alkaliczne AA: bateria pierwotna Akumulator ołowiowy Ogniwa litowe pierwotne i wtórne

Ogniwa paliwowe Ogniwa paliwowe: elektrochemiczna spalanie paliwa Elektrody: reakcje katalityczne, odbieranie ładunku Elektrolit rozdziela elektrody i transportuje jony

Ogniwa przepływowe: zasada działania Anolit Katolit Źrodło: L. F. Arenas et al., Journal of Energy Storage 11 (2017) 119 153

Ogniwa przepływowe: stos (ang. stack) Różne geometrie przepływu: flow-by lub flow-through Stosy skręcane (bolted) skala laboratoryjna Stosy zgrzewane (cast, single shot) skala produkcyjna

Ogniwa przepływowe: typy

Ogniwa przepływowe: technologie Wybrane technologie: Wanadowa (all vanadium) Cynk-Brom Brom-Wodór Brom-Wielosiarczki Brom-Wielosiarczki Żelazo-Chrom Cynk-Żelazo Żelazowa (all iron) Organiczne

Wanadowa 1.26 V Technologia rozwijana od lat 80-tych XX wieku Często stosowane roztwory kwasu siarkowego Membrana przewodząca protonowo Elektrody grafitowe (włókna) Duża trwałość elektrolitu (do 30 lat) Odporne na degradację Sumitomo Electric Industries Żrący elektrolit Mała gęstość energii (do 36 Wh/kg) Mała zyskowność, wysokie ceny wanadu UniEnergy

Wanadowa (all vanadium) Źrodło: Maria Skyllas-Kazacos, prezentacja 2017: elektrownia w Dalian, Chiny 200 MW, 800 MWh. Wykonawca: Rongke Power

Wanadowa (all vanadium)

Wanadowa modyfikacje Ogniwa wanadowo-bromowe: Roztwory HCl Membrana protonowa (np. Nafion) Gęstość energii do 50 Wh/kg Tzw ogniwo wanadowo - polihalogenkowe C. Ponce de Le on et al. / Journal of Power Sources 160 (2006) 716 732 Ogniwa paliwowe: Wanadowo wodorowe Wanadowo- tlenowe Gęstość energii do 200 Wh/kg

Cynk-Brom 1.85 V G.P. Rajarathnam and A.M. Vassallo, The Zinc/Bromine Flow Battery, SpringerBriefs in Energy, DOI 10.1007/978-981-287-646-1_2 Źrodło: ZBB/Maria Skyllas-Kazacos, prezentacja W trakcie ładowania cynk odkłada się na anodzie. Membrana jonowymienna zapobiega przechodzeniu Br 2 na stronę anody Dodatki do elektrolitu dodatkowo kompleksują Br 2 (czerwona barwa)

Cynk-Brom Dobra trwałość elektrolitu (do 25 lat) Średnia gęstość energii (do 50 Wh/kg) Eksperymentalne układy do 800 Wh/kg Wymaga zapobiegania degradacji Rygorystyczne wymogi dotyczące ph ogniwa Brom jest żrący i powoduje korozję Samorozładowanie (przejście bromu na stronę cynku)

Brom-Wodór 1.1 V 1961 NASA, kolejne prace w latach 80-tych Membrana przewodząca protonowo Porowate elektrody węglowe pokryte warstwą katalityczną (np. Pt) Konkurencyjna reakcja wykorzystuje rozdzielenie HBr na H 2 i HBr 3 w trakcie ładowania. HBr 3 jest składowany w tym samym zbiorniku, co HBr. Reakcja jest odwracana w trakcie rozładowania. Wykorzystywane przez Areva/En- Storage. J. Electrochem. Soc. 2012 vol. 159 no. 11 A1806-A1815

Brom-Wodór Niski koszt elektrolitu i membran Dobra trwałość elektrolitu Duża gęstość mocy Brom jest żrący i powoduje korozję Przejście bromu na stronę wodoru Efekt zatrucia warstw platynowych bromem EnStorage Możliwe wykonywanie ogniw bez membrany Problem: niepożądane zjawisko mieszania się cieczy (crossover). Przepływ i odpowiedni kształt celki gwarantuje opuszczenie celki przez elektrolit. W.A. Braff, M.Z. Bazant, and C.R. Buie. Membrane-less hydrogen bromine flow battery. Nature Communications, 4:2346 doi:10:1038/ncomms3346, 2013

Żelazo - Chrom 1.18 V Pierwsze prace w NASA (około 1970) Roztwory kwasu chlorodoworowego Membrana przewodząca protonowo Elektrody z włókien węglowych Niski koszt żelaza Dobra trwałość elektrolitu Mało szkodliwe dla środowiska Przejście żelaza i chromu na drugą stronę celki (wymusza membrany jonoselektywne) Wysoki koszt chromu Problemy z korozją Magazyn energii EnerVault, 250 kw, 1 MWh. Uruchomiony w roku 2014, w 2015 firma upadła.

Żelazowa (all iron) 1.1 do 1.2 V Pierwsze prace w 1981 r baterie hybrydowe Rozwój w ostatnich latach (po 2010) Kilka wariantów reakcji Membrany przewodzące jony chloru K. L. Hawthorne, praca doktorska ACS Energy Lett. 2016, 1, 89 93

Żelazowa (all iron) Niski koszt elektrolitu Dobra trwałość elektrolitu (25 lat) Mało szkodliwe dla środowiska Brak problemu z zatruciem na skutek przejścia żelaza przez membranę Korozja w bateriach hybrydowych Konieczność kontroli ph elektrolitów Wytrącanie związków żelaza Niepożądane reakcje (np. wytwarzanie wodoru) Drogie membrany jonoselektywne Energy Storage Systems: moduły 100 kw, 800 kwh, masa 70 ton

Cynk-żelazo 1.99 V Pierwsze prace po 2010 Elektrolit pośredni rozdzielający roztwory o różnym ph Membrany jonowymienne przewodząca jony chloru i jony sodu. Elektrody węglowe Energy Environ. Sci., 2015, 8, 2941-2945

Cynk-żelazo 1.53 V Elektrolity mieszane chlorki cynku i żelaza Wpływ obecności jonów cynku na reakcje przebiegające na stronie katodowej jest ograniczony Hydroxide supression mechanism (HSM) wytworzenie warstwy wodorotlenku cynku zapobiega dalszym reakcjom elektrodowym (hipoteza) Journal of The Electrochemical Society 164 (6) A1069-A1075 (2017)

Cynk-żelazo Niski koszt (poniżej 100 USD/kWh) Dobra trwałość elektrolitu (25 lat) Mało szkodliwe dla środowiska Przemysł baterii od lat stosuje żelazo i cynk Skomplikowana budowa ogniwa Różne ph elektrolitów Dwie membrany jonowymienne, lub problemy z wytrącaniem się składników i niepożądane reakcje Baterie hybrydowe (nierównomierny wzrost warstw) ViZn www.viznenergy.com Moduły 48 kw, 160 kwh

Organiczne do 1.7 V Michael Aziz, prezentacja

Organiczne Związki organometaliczne atom metalu związany z tzw. ligandami. Lockheed-Martin Energy Steven Reece, prezentacja

Organiczne Niski koszt (poniżej 100 USD/kWh) Nieszkodliwe dla środowiska Produkcja mało wrażliwa na ceny surowców Degradacja elektrolitu Złożone związki chemiczne, możliwe niepożądane reakcje Drogie membrany jonoselektywne Źródło: Thibault Godet-Bar/Kemwatt prezentacja W trakcie wdrażania: Jena Batteries, Kemwatt, Lockheed-Marti

Właściwości Długi czas działania : 20-30 lat Powyżej 10000 cykli ładowania i rozładowania Wielokrotne głębokie rozładowania bez utraty pojemności Nowe technologie są bezpieczne i obojętne dla środowiska Elektrolit staje się ciekłym paliwem Możliwość wykorzystania w makroskali i mikroskali Li-ion : 5-10 lat 500-2000 cykli Stopniowa utrata pojemności Palne rozpuszczalniki Zużyte stają się odpadami Źrodło: I-Pulse / Pu Neng http://www.ipulse-group.com/puneng

Aspekty ekonomiczne Cena wytworzenia urządzenia o pojemności energetycznej 1 kwh Baterie Li-ion: przewidywany spadek ceny ogniw do około 100 USD/kWh w 2020 tylko ogniwa (nie zawiera reszty magazynu energii). Obecnie około 600 USD/kWh w magazynach energii. Baterie przepływowe: obecnie 500 USD/kWh, docelowo 100 USD/kWh obejmuje cały magazyn energii. Źrodło: https://electrek.co

Koszty produkcji i opłacalność

Obszar zastosowań

Ogniwa przepływowe jako magazyn energii Źrodło: The Electrochemical Society http://www.electrochem.org/redcat-blog/flow-battery-prototype-augment-gird/

Magazynowanie energii Produkcja energii i zapotrzebowanie ulegają silnym zmianom w cyklu dobowym, tygodniowym i rocznym. Źrodło: biznesalert.pl, wysokienapiecie.pl, TGE Źródła odnawialne (fotowoltaika, energia wiatrowa) wytwarzają nadmiar energii w stosunku do aktualnych potrzeb

Bezpieczeństwo energetyczne Źrodło: polskieradio.pl, foto: PAP/Leszek Szymański

Quantino 48V Nie tylko magazyny energii Moc: 80 kw Prędkość maksymalna: 200 km/h Przyśpieszenie 0-100 km/h: 5s Zasięg: 1000 km w ruchu ulicznym Zbiornik elektrolitu: 2x95 l Obecny przebieg: 100 000 km w ruchu ulicznym Maksymalny przebieg: 2 500 000 km Źrodło: nanoflowcell.com

Nie tylko magazyny energii Patrik Ruch(IBM, Szwajcaria) Miniature redox flow batteries for application in electronics

Perspektywy Obecnie Inteligentne zarządzanie energią, również ze źródeł odnawialnych Obniżenie cen dla odbiorców, redukcja mocy elektrowni Bezpieczeństwo energetyczne szpitale, służby ratownicze, windy W przyszłości Opracowanie miniaturowych ogniw dla transportu i mikrosieci Elektrolit jako ekologiczne, bezemisyjne paliwo płynne Bezemisyjny transport Ekologiczne rolnictwo Ładowanie dronów Domy autonomiczne