Bateria de zinco-bromo - Zinc–bromine battery

A bateria de fluxo de zinco-bromo é um tipo de bateria de fluxo híbrido. Uma solução de brometo de zinco é armazenada em dois tanques. Quando a bateria é carregada ou descarregada, as soluções (eletrólitos) são bombeadas através de uma pilha de reator e de volta aos tanques. Um tanque é usado para armazenar o eletrólito para as reações do eletrodo positivo e o outro para o negativo. As baterias de zinco-bromo de diferentes fabricantes têm densidades de energia que variam de 60 a 85 W · h / kg.

O eletrólito predominantemente aquoso é composto de sal de brometo de zinco dissolvido em água. Durante a carga, o zinco metálico é revestido da solução eletrolítica para as superfícies do eletrodo negativo (feltro de carbono em designs mais antigos, malha de titânio nos modernos) nas pilhas de células. O brometo é convertido em bromo na superfície do eletrodo positivo e é armazenado em uma fase orgânica segura e quimicamente complexada no tanque de eletrólito. As células ZBRFB mais antigas usavam membranas poliméricas (polímeros microporosos, Nafion, etc.) Projetos mais recentes não usam membrana alguma. A pilha da bateria é normalmente feita de placas bipolares de plástico preenchidas com carbono (por exemplo, 60 células) e é fechada em um recipiente de polietileno de alta densidade (HDPE). A bateria de zinco-bromo pode ser considerada uma máquina de galvanoplastia . Durante o carregamento, o zinco é eletrodepositado em eletrodos condutores, enquanto ao mesmo tempo o bromo é formado. Na descarga, ocorre o processo inverso: o zinco metálico revestido nos eletrodos negativos se dissolve no eletrólito e fica disponível para ser novamente revestido no próximo ciclo de carga . Ele pode ser deixado totalmente descarregado indefinidamente sem danos.

Um novo tipo de bateria de zinco-bromo, chamada bateria de zinco-bromo em gel, está sendo desenvolvido na Austrália. É mais leve, seguro, rápido de carregar e flexível.

Características

Baterias de fluxo RedFlow ZBM2 de 10 kWh em um laboratório de teste de desempenho

As principais características da bateria de zinco-bromo são:

• Densidade de alta energia em relação às baterias de chumbo-ácido .
• Capacidade de descarga de 100% em profundidade diariamente.
• Sem limitações de vida útil, pois as baterias de zinco-bromo não são perecíveis, ao contrário das baterias de chumbo-ácido e de íon-lítio, por exemplo.
• Capacidades escaláveis.

As desvantagens incluem:

• A necessidade de ser totalmente descarregado a cada poucos dias para evitar dendritos de zinco que podem perfurar o separador.
• A necessidade a cada 1–4 ciclos de curto-circuitar os terminais através de um shunt de baixa impedância durante o funcionamento da bomba de eletrólito, para remover totalmente o zinco das placas da bateria.
• Baixa potência de área (<0,2 W / cm ² ) durante a carga e a descarga, o que se traduz em um alto custo de energia.

Os fornecedores de bateria de fluxo de zinco-bromo incluem:

• Primus Power - Hayward, Califórnia, EUA.
• RedFlow Limited - Brisbane, Austrália.
• Energia inteligente - Xangai, China.
• EnSync (Anteriormente ZBB) - Menomonee Falls, Wisconsin, EUA.
• ZBEST Power - Pequim, China.

Esses sistemas de bateria competem para fornecer soluções de armazenamento de energia a um custo geral mais baixo do que outros sistemas de armazenamento de energia, como ácido-chumbo, redox de vanádio , enxofre de sódio , íon-lítio e outros.

Eletroquímica

No eletrodo negativo, o zinco é a espécie eletroativa. O zinco é usado há muito tempo como o eletrodo negativo das células primárias . É um metal amplamente disponível, relativamente barato, que é eletropositivo , com um potencial de redução padrão E ° = −0,76 V vs SHE . No entanto, é bastante estável em contato com soluções aquosas neutras e alcalinas. Por esse motivo, ele é usado hoje em dia em zinco-carbono e primários alcalinos .

Na bateria de fluxo de zinco-bromo, a reação do eletrodo negativo é a dissolução / galvanização reversível do zinco:

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

No eletrodo positivo, o bromo é reversivelmente reduzido a brometo (com um potencial de redução padrão de +1,087 V vs SHE):

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

A reação geral da célula é, portanto,

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

A diferença de potencial medida é de cerca de 1,67 V por célula (um pouco menos do que o previsto a partir dos potenciais de redução padrão).

As duas câmaras de eletrodo de cada célula são divididas por uma membrana (normalmente uma variedade microporosa ou de troca iônica ). Isso ajuda a evitar que o bromo alcance o eletrodo positivo, onde reagiria com o zinco, fazendo com que a bateria se autodescarregasse. Para reduzir ainda mais a autodescarga e a pressão de vapor do bromo, agentes complexantes são adicionados ao eletrólito positivo. Estes reagem reversivelmente com o bromo para formar um líquido vermelho oleoso e reduzir o Br
₂ concentração no eletrólito.

Formulários

Sites remotos de telecomunicações

Economias de combustível significativas são possíveis em sites de telecomunicações remotos operando em condições de baixa carga elétrica e grande geração instalada usando vários sistemas em paralelo para maximizar os benefícios e minimizar as desvantagens da tecnologia.

Baterias de gel de zinco-bromo

As baterias de zinco-bromo usam um líquido para transportar as partículas alteradas, o que as torna inadequadas para uso móvel. Um novo desenvolvimento, de Thomas Maschmeyer, da Universidade de Sydney , substitui o líquido por um gel. O gel não é líquido nem sólido, mas tem as vantagens de ambos. Os íons podem se mover mais rapidamente, diminuindo o tempo de carregamento. Também é mais eficiente, duradouro e barato que o lítio, e o gel é retardante de fogo. Em abril de 2016, a Gelion, que é a empresa subsidiária da Sydney University, está desenvolvendo a bateria para uso comercial. A empresa foi impulsionada por um investimento de US $ 11 milhões do grupo de energias renováveis ​​do Reino Unido Armstrong Energy . Como as baterias também são flexíveis, podem ser incorporadas à estrutura dos edifícios. Isso cria a possibilidade de novos empreendimentos habitacionais serem totalmente alimentados por sistemas solares fora da rede.

Veja também

• Engenharia eletroquímica
• Lista de tipos de bateria

Referências

Leitura adicional

• Complexação de Bromo em Baterias Circulantes de Zinco-Bromo DJ Eustace, J. Electrochem. Soc. 127 (3), 528-32 (1980)
• Manual de baterias, 3ª edição. D. Linden, TB Reddy. 39,1-39,8 (2002)
• Rose, David M .; Ferreira, Summer R. "Teste de desempenho de baterias de fluxo de zinco-bromo para sites remotos de telecomunicações" (PDF) . Laboratório Nacional Sandia. Atualizar
• RedFlow.

links externos

• Baterias ZnBr na Electricity Storage Association