Bateriile cu flux de fier (IRB) sau bateriile cu flux redux (IRFB) sau bateriile cu sare de fier (ISB) sunt o alternativă promițătoare la bateriile litiu-ion pentru proiectele staționare de stocare a energiei. Au fost introduse pentru prima dată în 1981. Bateriile cu flux de fier sunt un tip de tehnologie de stocare a energiei care utilizează ioni de fier într-o soluție de electrolit pentru a stoca și elibera energie. Sunt o tehnologie relativ nouă, dar au o serie de avantaje față de alte tipuri de stocare a energiei, cum ar fi bateriile litiu-ion. Aceste baterii de ultimă generație oferă o nouă abordare pentru stocarea și distribuirea energiei electrice, promițând eficiență, fiabilitate și durabilitate.
- Principiul de funcționare:
- Sistemele de baterii cu flux de fier utilizează două rezervoare separate, fiecare conținând o soluție de fier (în starea de oxidare și reducere).
- Când bateria este încărcată, curentul electric face ca fierul să treacă dintr-o stare în alta, stocând energia chimică.
- Pentru descărcare, curentul trece prin celulele electrolitice, iar reacțiile de oxidare-reducere eliberează energia stocată sub formă de electricitate.
- Avantaje:
- Durabilitate: Sistemele de baterii cu flux de fier au o durată de viață lungă, deoarece nu suferă degradare semnificativă în timp.
- Siguranță: Nu conțin substanțe toxice sau inflamabile.
- Stocare pe termen lung: Pot stoca energie pentru perioade extinse fără pierderi semnificative.
- Limitări:
- Eficiență: Sistemele de baterii cu flux de fier au o eficiență mai mică decât alte tehnologii de stocare, cum ar fi bateriile litiu-ion.
- Dimensiuni mari: Sunt necesare rezervoare mari pentru a stoca cantități semnificative de energie.
- Aplicații:
- Sistemele de baterii cu flux de fier sunt utilizate în stocarea energiei regenerabile, microrețele, aplicații industriale și rețele electrice.
- Ele pot fi integrate cu panouri solare sau turbine eoliene pentru a furniza energie constantă.
În concluzie, sistemele de baterii cu flux de fier reprezintă o opțiune promițătoare pentru stocarea energiei, având avantaje în ceea ce privește durabilitatea și siguranța, dar necesitând îmbunătățiri în eficiență.
Cum funcționează
Electrolitul
Funcționalitatea IRFB constă în reacțiile electrochimice care au loc în interiorul acestor celule. Când bateria este în funcțiune, două procese cheie din care tehnologia bateriei derivă cuvântul „redox”, scurt pentru „reducere” și „oxidare” au loc simultan:
Într-o jumătate de celulă, are loc o reacție chimică cunoscută sub numele de „reducere”. În timpul reducerii, se câștigă electroni, rezultând o reducere a speciilor chimice prezente. În IRFB, sarea de fier este utilizată de obicei în această semicelulă și suferă o reacție de reducere. Când bateria se încarcă, soluția de electrolit este pompată prin rezervorul care conține ionii de fier oxidați. Ionii de fier sunt apoi reduși, ceea ce stochează energie în baterie.
În cealaltă jumătate de celulă, se desfășoară o reacție chimică opusă numită „oxidare”. Când bateria se descarcă, soluția de electrolit este pompată prin rezervorul care conține ionii de fier reduși. Ionii de fier sunt apoi oxidați, ceea ce eliberează energie din baterie. În timpul oxidării, electronii se pierd, ducând la oxidarea unei alte specii chimice. Aici se poate folosi și sare de fier, dar în stare oxidată.
Membrana semi-permeabilă care separă cele două semi-celule este crucială în acest proces. Acesta permite ionilor să se deplaseze de la o semicelulă la alta, prevenind în același timp amestecarea soluțiilor chimice. Ca rezultat, ionii migrează prin membrană pentru a echilibra sarcina generată de reacțiile de reducere și oxidare.
Pe măsură ce reacțiile de reducere și oxidare progresează, în IRFB este produsă energie chimică. Această energie este stocată sub formă de specii chimice transformate de ambele părți ale membranei.
Atunci când există cerere de energie electrică, energia chimică stocată în IRFB poate fi valorificată. Acest lucru se realizează prin completarea unui circuit electric care conectează cele două semicelule. Electronii circulă prin circuitul extern de la semicelulă care suferă reducerea până la semicelulă care suferă oxidare. Acest flux de electroni constituie un curent electric, care poate fi folosit pentru alimentarea dispozitivelor electrice sau poate fi trimis în rețea.
Când bateria este încărcată, fluxul de electroni este inversat. Electronii sunt furnizați semicelulei în curs de oxidare, iar reacțiile chimice sunt conduse în direcția opusă. Acest proces restabilește speciile chimice originale, pregătind bateria pentru următorul ciclu de descărcare.
