Nyt materiale kan sikre gennembrud for flowbatterier til vindmøllestrøm

I flowbatterier kan man lagre elektrisk energi ved at omdanne det til kemisk energi, som sidenhen kan konverteres tilbage til elektrisk energi. Det sker ved at man har to forskellige elektrolytter i den positive og negative halvcelle. Flowbatteriet har sit navn, fordi de kemiske stoffer pumpes gennem batteriet og lagres i adskilte eksterne tanke.

Det er det forhold, som muliggør lagring af store energimængder, og som gør flowbatterier interessante i forbindelse med vindmøller og solceller.

Inden for de seneste år er det især vanadium-flowbatterier, der har været studereret og taget i anvendelse i en række specialsituationer.

Når vanadium-flowbatteriet oplades, fjerner man en elektron fra V4+-ioner i den positive halvcelle, som omdannes til V5+, samtidig med at V3+ tilføres en elektron i den negative halvcelle, som omdannes til V2+. De to halvceller er adskilt af en membran, der tillader passage af protoner. Ved afladning sker de modsatte reaktioner.

Problemet er blot, at vanadium er dyrt.

Michael Aziz’ forskningsgruppe fra Harvard University i USA har nu et langt billigere alternativ.

I den positive halvcelle bruger de en elektrolyt bestående af Br2 og HBr – som allerede i dag anvendes i andre flow-batterier.

Det afgørende gennembrud er sket ved at benytte en elektrolyt i den negative halvcelle, der er baseret på reaktion mellem quioner og hydroquioner.

Benzoquinon (C6H4O2) er dannet ud fra benzen (C6H6) ved, at en dobbeltbinding mellem to kulstofatomer brydes, og der indsættes to styk dobbeltbundet oxygen.

Forskerne benytter en variant af en kompliceret quinonforbindelse (C14H8O2), der kaldes AQDS og dets hydroquinon-varianter.

De har dermed lavet et metalfrit quinon-brom-flowbatteri med en galvanisk effekttæthed på 0,6W/cm2 ved en strømstyrke på 1,3 A/cm2. Cellespændingen er 0,9 V.

Forskerne estimerer de kemiske omkostninger pr. kilowatttime lagret energi til 33 kr. for brom og 115 kr. for AQDS. Til sammenligning er den tilsvarende pris ved vanadium på 445 kr. og omkring 2.500 kr. ved lithium-ion-batterier.

Nature, 9. januar 2014