फ्लो बैटरी: Difference between revisions

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==== रिडॉक्स-लक्षित ठोस ====
==== रिडॉक्स-लक्षित ठोस ====

Revision as of 11:38, 16 March 2023

Redox Flow Battery
एक ठेठ प्रवाह बैटरी में तरल पदार्थ के दो टैंक होते हैं जो दो इलेक्ट्रोड के बीच एक झिल्ली के पीछे पंप होते हैं।[1]

एक फ्लो बैटरी, या रेडॉक्स फ्लो बैटरी (रिडक्शन-ऑक्सीकरण के बाद), एक प्रकार का विद्युत रासायनिक सेल है जहां रासायनिक ऊर्जा दो रासायनिक घटकों द्वारा प्रदान की जाती है समाधान (रसायन विज्ञान) एक झिल्ली के अलग-अलग पक्षों पर सिस्टम के माध्यम से पंप किए जाते हैं।[2][3] कोशिका के अंदर आयन स्थानांतरण (बाहरी सर्किट के माध्यम से विद्युत प्रवाह के प्रवाह के साथ) झिल्ली के माध्यम से होता है जबकि दोनों तरल पदार्थ अपने-अपने स्थान पर प्रसारित होते हैं। इलेक्ट्रोड क्षमता # दो इलेक्ट्रोड से इकट्ठे हुए सेल का संभावित अंतर रासायनिक रूप से Nernst समीकरण और रेंज द्वारा निर्धारित किया जाता है, व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, 1.0 से 2.43 वाल्ट तक। ऊर्जा क्षमता इलेक्ट्रोलाइट मात्रा का एक कार्य है और शक्ति इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र का एक कार्य है।

एक प्रवाह बैटरी का उपयोग ईंधन सेल की तरह किया जा सकता है (जहां खर्च किए गए ईंधन को निकाला जाता है और सिस्टम में नया ईंधन जोड़ा जाता है) या एक फिर से चार्ज करने लायक संप्रहार की तरह (जहां एक विद्युत शक्ति स्रोत ईंधन के पुनर्जनन को संचालित करता है)। जबकि फ्लो बैटरियों में ठोस इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्रियों के साथ पारंपरिक रिचार्जेबल बैटरियों पर कुछ तकनीकी फायदे होते हैं, जैसे कि बिजली की स्वतंत्र स्केलिंग (ढेर के आकार द्वारा निर्धारित) और ऊर्जा (टैंकों के आकार द्वारा निर्धारित), लंबा चक्र और कैलेंडर जीवन, स्वामित्व की संभावित रूप से कम कुल लागत, लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में सभी प्रवाह बैटरियां अवर चक्र ऊर्जा दक्षता (50-80%) से ग्रस्त हैं। यह अवर ऊर्जा दक्षता आंतरिक क्रॉसओवर (प्रत्येक कोशिका के अंदर झिल्ली/विभाजक के माध्यम से) के प्रभाव को कम करने और बिजली की लागत को कम करने के लिए प्रवाह बैटरी को उच्च (> = 100 mA/cm2) वर्तमान घनत्व पर संचालित करने की आवश्यकता से उत्पन्न होती है। ढेर का आकार)।

इतिहास

जिंक-ब्रोमीन प्रवाह बैटरी सबसे पुरानी फ्लो बैटरी केमिस्ट्री है, जिसे जॉन डॉयल के पेटेंट US224404 ने 29 सितंबर, 1879 को दायर किया था। [4] Zn-Br2 प्रवाह बैटरी में अपेक्षाकृत उच्च विशिष्ट ऊर्जा होती है, और उन्हें 1970 के दशक में इलेक्ट्रिक कारों के लिए शक्ति स्रोत के रूप में प्रदर्शित किया गया था।[5] वाल्थर कांग्रो, जर्मनी में काम कर रहे एक एस्टोनियाई रसायनज्ञ, 1950 के दशक में पूरी तरह से भंग संक्रमण धातु आयनों पर आधारित प्रवाह बैटरी प्रदर्शित करने वाले पहले व्यक्ति थे: Ti-Fe और Cr-Fe।[6] Ti-Fe RFB NASA और कुछ अन्य समूहों के साथ कुछ शुरुआती प्रयोगों के बाद जापान और अन्य जगहों पर आगे के विकास के लिए Cr-Fe रसायन का चयन किया गया। आरएफबी साइकलिंग के दौरान समय-भिन्न एकाग्रता के प्रभाव को कम करने के लिए, मिश्रित समाधान (अर्थात नेगोलाइट और पॉसोलीट में क्रोमियम और लौह प्रजातियों दोनों को शामिल किया गया) का उपयोग किया गया। Cr-Fe रसायन विज्ञान के नुकसानों में से हैं: हाइड्रेट समावयवता (यानी इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय Cr3+ क्लोरो-कॉम्प्लेक्स और निष्क्रिय हेक्सा-एक्वा कॉम्प्लेक्स के बीच संतुलन, जिसे चेलेटिंग अमीनो-लिगैंड्स जोड़कर कम किया जा सकता है) और नेगोड पर हाइड्रोजन विकास (जो है क्रोमियम इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया को उत्प्रेरित करने के लिए H2 ओवरवॉल्टेज और Au लवण को बढ़ाने के लिए Pb लवण जोड़कर कम किया गया)।[7] 1980 के अंत में सुम, रिचिक और स्काईलास-काजाकोस [8] ऑस्ट्रेलिया में न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय (UNSW) ने ऑल-वैनेडियम RFB रसायन विज्ञान के लाभों का प्रदर्शन किया, जैसे कि ग्रेफाइट-जलीय एसिड इंटरफ़ेस की इलेक्ट्रोकेमिकल वोल्टेज विंडो के भीतर चार ऑक्सीकरण अवस्थाओं का अस्तित्व, और इस प्रकार मिश्रण का उन्मूलन तनुकरण, Cr-Fe RFBs में हानिकारक। UNSW ने वीआरएफबी से संबंधित कई पेटेंट दायर किए, जिन्हें बाद में जापानी, थाई और कनाडाई निगमों को लाइसेंस दिया गया, जिन्होंने इस तकनीक को अलग-अलग सफलता के साथ व्यावसायीकरण करने की कोशिश की।[9] 2022 में, डेलियन, चीन ने 400 MWh, 100 MW वैनेडियम प्रवाह बैटरी का संचालन शुरू किया, जो उस समय की सबसे बड़ी बैटरी थी।[10]

वर्ष के अनुसार विद्युत रासायनिक ऊर्जा स्रोतों से संबंधित प्रकाशन की लॉग संख्या। मजेंटा रेखा के रूप में भी दिखाया गया है, रैखिक पैमाने में अमेरिकी डॉलर/लीटर में मुद्रास्फीति-समायोजित तेल की कीमत है। केंद्र

निर्माण सिद्धांत

एक प्रवाह बैटरी एक रिचार्जेबल ईंधन सेल है जिसमें एक इलेक्ट्रोलाइट जिसमें एक या एक से अधिक विघटित इलेक्ट्रोएक्टिव तत्व होते हैं, एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल के माध्यम से प्रवाहित होते हैं जो रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली में परिवर्तित करते हैं। इलेक्ट्रोएक्टिव तत्व समाधान में तत्व होते हैं जो इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया में भाग ले सकते हैं या जो इलेक्ट्रोड पर सोखना हो सकते हैं।[11]अतिरिक्त इलेक्ट्रोलाइट को आमतौर पर टैंकों में बाहरी रूप से संग्रहीत किया जाता है, और आमतौर पर रिएक्टर के सेल (या कोशिकाओं) के माध्यम से पंप किया जाता है, हालांकि गुरुत्वाकर्षण फ़ीड सिस्टम भी जाना जाता है।[12]इलेक्ट्रोलाइट तरल को बदलकर फ्लो बैटरी को तेजी से रिचार्ज किया जा सकता है (आंतरिक दहन इंजनों के लिए ईंधन टैंक को फिर से भरने के समान तरीके से) जबकि रिचार्जिंग के लिए खर्च की गई सामग्री को एक साथ पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। कई प्रवाह बैटरियां कम लागत और पर्याप्त विद्युत चालकता के कारण कार्बन महसूस किए गए इलेक्ट्रोड का उपयोग करती हैं, हालांकि ये इलेक्ट्रोड कई रेडॉक्स जोड़ों की ओर कम अंतर्निहित गतिविधि के कारण कुछ हद तक बिजली घनत्व को सीमित करते हैं।[13][14] दूसरे शब्दों में, एक प्रवाह बैटरी एक विद्युत रासायनिक सेल है, जिसमें आयनिक समाधान (इलेक्ट्रोलाइट) संग्रहीत होता है[15] सेल के बाहर (इलेक्ट्रोड के चारों ओर सेल के बजाय) और बिजली उत्पन्न करने के लिए सेल में खिलाया जा सकता है। उत्पन्न होने वाली बिजली की कुल मात्रा टैंकों में इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा पर निर्भर करती है।

फ्लो बैटरियां इलेक्ट्रोकेमिकल इंजीनियरिंग द्वारा स्थापित डिजाइन सिद्धांतों द्वारा नियंत्रित होती हैं।[16]


प्रकार

See also: List of battery types

अकार्बनिक प्रवाह बैटरी सहित विभिन्न प्रकार के प्रवाह सेल (बैटरी) विकसित किए गए हैं[17] और जैविक प्रवाह बैटरी।[18] प्रत्येक श्रेणी के तहत, प्रवाह बैटरी डिजाइन को आगे पूर्ण प्रवाह बैटरी, अर्ध-प्रवाह बैटरी और झिल्ली रहित प्रवाह बैटरी में वर्गीकृत किया जा सकता है। पारंपरिक बैटरियों और प्रवाह कोशिकाओं के बीच मूलभूत अंतर यह है कि पारंपरिक बैटरी में इलेक्ट्रोड सामग्री में ऊर्जा संग्रहित होती है, जबकि प्रवाह कोशिकाओं में यह इलेक्ट्रोलाइट में संग्रहित होती है। फ्लो बैटरियों के लिए पेटेंट वर्गीकरण 2021 तक पूरी तरह से विकसित नहीं हुए हैं। सहकारी पेटेंट वर्गीकरण आरएफबी को पुनर्योजी ईंधन सेल (H01M8/18) के उपवर्ग के रूप में मानता है, भले ही ईंधन कोशिकाओं को प्रवाह बैटरी के उपवर्ग के रूप में मानना ​​अधिक उपयुक्त है।

अकार्बनिक

अकार्बनिक पूर्ण प्रवाह

रिडॉक्स (कमी-ऑक्सीकरण) कोशिका एक प्रतिवर्ती कोशिका है जिसमें रेडॉक्स-सक्रिय प्रजातियां द्रव (तरल या गैस) मीडिया में होती हैं। रेडॉक्स फ्लो बैटरी रिचार्जेबल (द्वितीयक बैटरी) सेल हैं।[19]क्योंकि वे रासायनिक प्रतिक्रिया के बजाय इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण#विषम इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण#सॉलिड-स्टेट रिएक्शन|सॉलिड-स्टेट डिफ्यूज़न या लिथियम आयन#चार्ज और डिस्चार्ज को नियोजित करते हैं, वे पारंपरिक बैटरी (जैसे लैड एसिड या लिथियम) के बजाय ईंधन कोशिकाओं के समान हैं -आयन)। मुख्य कारण ईंधन कोशिकाओं को बैटरी नहीं माना जाता है, क्योंकि मूल रूप से (1800 के दशक में) ईंधन कोशिकाओं को एक गैर-दहन विद्युत रासायनिक प्रक्रिया के माध्यम से सीधे ईंधन (और वायु) से बिजली का उत्पादन करने के साधन के रूप में उभरा। बाद में, विशेष रूप से 1960 और 1990 के दशक में, रिचार्जेबल ईंधन कोशिकाएं (यानी। H
2/O
2, जैसे नासा के हेलियोस प्रोटोटाइप में यूनिटाइज्ड रीजनरेटिव फ्यूल सेल) विकसित किए गए थे।

रेडॉक्स फ्लो बैटरी के उदाहरण वैनेडियम रेडॉक्स बैटरी, पॉलीसल्फाइड ब्रोमाइड बैटरी (रेगेनेसिस), आयरन रेडॉक्स फ्लो बैटरी (आईआरएफबी) और यूरेनियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी हैं।[20]Redox ईंधन सेल व्यावसायिक रूप से कम आम हैं, हालांकि कई प्रणालियाँ प्रस्तावित की गई हैं।[21][22][23][24]

वैनेडियम रिडॉक्स फ्लो बैटरियां वर्तमान में सबसे अधिक बिकने वाली फ्लो बैटरियां हैं, सीमित ऊर्जा और बिजली घनत्व के बावजूद वे अन्य रसायन विज्ञानों पर उपलब्ध होने वाले लाभों के कारण। चूंकि वे दोनों इलेक्ट्रोड पर वैनेडियम का उपयोग करते हैं, वे क्रॉस-संदूषण से पीड़ित नहीं होते हैं। हालांकि, वैनेडियम लवण की सीमित घुलनशीलता, व्यवहार में इस लाभ को ऑफसेट करती है। अधिक महत्वपूर्ण रूप से वीआरएफबी की व्यावसायिक सफलता के लिए वास्तव में वैनेडियम रिडॉक्स-युगल की कार्यशील वोल्टेज रेंज के साथ कार्बन/जलीय एसिड इंटरफ़ेस की वोल्टेज विंडो का लगभग सही मेल है। यह कम लागत वाले कार्बन इलेक्ट्रोड के स्थायित्व और साइड प्रतिक्रियाओं के कम प्रभाव का आश्वासन देता है, जैसे कि H2 और O2 विकास, जिसके परिणामस्वरूप रिकॉर्ड-लंबा कैलेंडर (कई वर्ष) और चक्र (15,000-20,000 चक्र) रहता है, जो बदले में परिणाम देता है। ऊर्जा की कम स्तरीय लागत (एलसीओई, यानी उपयोग करने योग्य ऊर्जा, चक्र जीवन और राउंड-ट्रिप दक्षता से विभाजित सिस्टम लागत) में। फ्लो बैटरियों का लंबा जीवनकाल उनकी अपेक्षाकृत उच्च पूंजी लागत (वैनेडियम, कार्बन फेल्ट्स, बाइपोलर प्लेट्स, मेम्ब्रेन के कारण) के परिशोधन की अनुमति देता है। वैनेडियम रिडॉक्स बैटरी के लिए ऊर्जा की स्तरीकृत लागत कुछ दसियों डॉलर सेंट या € सेंट प्रति kWh के क्रम में है, जो सॉलिड-स्टेट बैटरी की तुलना में बहुत कम है और $0.05 और €0.05 के लक्ष्यों से बहुत दूर नहीं है, जैसा कि यूएस ने कहा है और ईसी सरकारी एजेंसियां।[25] व्यापक कार्यान्वयन के लिए प्रमुख चुनौतियों में शामिल हैं: वी की कम प्रचुरता और उच्च लागत2O5 (> $30 / किग्रा), वीआरएफबी के लिए कच्चा माल; हाइड्रोजन और ऑक्सीजन विकास सहित परजीवी प्रतिक्रियाएं; और वी की वर्षा2O5 साइकिल चलाने के दौरान। वैकल्पिक प्रवाह बैटरी प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए यह प्रमुख प्रेरक शक्ति है।

पारंपरिक प्रवाह बैटरी केमिस्ट्री में कम विशिष्ट ऊर्जा होती है (जो उन्हें पूरी तरह से इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए बहुत भारी बनाती है) और कम विशिष्ट शक्ति (जो उन्हें स्थिर ऊर्जा भंडारण के लिए बहुत महंगा बनाती है)। हालाँकि 1.4 W/cm की उच्च शक्ति2 को हाइड्रोजन-ब्रोमीन प्रवाह बैटरी के लिए प्रदर्शित किया गया था, और एक उच्च विशिष्ट ऊर्जा (टैंक स्तर पर 530 Wh/kg) हाइड्रोजन-ब्रोमेट प्रवाह बैटरी के लिए दिखाई गई थी[26][27][28] 2022 में, DARPA लघु व्यवसाय नवाचार अनुसंधान इनफ़्लुइट एनर्जी ने एक जलीय घोल में निलंबित धातु ऑक्साइड से बने एक गैर-ज्वलनशील, सतह-संशोधित नैनोइलेक्ट्रोफ्यूल की घोषणा की। लायन बैटरी की तुलना में उच्च सांद्रता और सुविधाओं और ऊर्जा घनत्व पर भी सामग्री समाधान से बाहर नहीं निकलती है। ऑपरेटिंग तापमान -40 से 80 डिग्री सेल्सियस है। उन्हें लिथियम, भारी धातुओं या दुर्लभ-पृथ्वी तत्वों की आवश्यकता नहीं होती है।[29][30]


अकार्बनिक अर्ध-प्रवाह RFBs

हाइब्रिड फ्लो बैटरी एक ठोस परत के रूप में जमा एक या एक से अधिक इलेक्ट्रोएक्टिव घटकों का उपयोग करती है।[31]एक ठोस राज्य इलेक्ट्रोड का उपयोग करने से पूर्ण प्रवाह बैटरी में देखा जाने वाला प्रमुख नुकसान ऊर्जा और शक्ति का नुकसान है। सेल में एक बैटरी इलेक्ट्रोड और एक ईंधन सेल इलेक्ट्रोड होता है। यह प्रकार इलेक्ट्रोड सतह क्षेत्र द्वारा ऊर्जा में सीमित है। हाइब्रिड फ्लो बैटरियों में जिंक-ब्रोमीन फ्लो बैटरी | जिंक-ब्रोमीन, जिंक सेरियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी | जिंक-सेरियम शामिल हैं।[32]घुलनशील लेड-एसिड बैटरी| लेड-एसिड,[33] और लौह-नमक प्रवाह बैटरी। वेंग एट अल।[34] 1.93 V के प्रायोगिक OCV और 1.70 V के ऑपरेटिंग वोल्टेज के साथ वैनेडियम-धातु हाइड्राइड रिचार्जेबल हाइब्रिड फ्लो बैटरी की सूचना दी, जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ रिचार्जेबल फ्लो बैटरी के बीच अपेक्षाकृत उच्च मूल्य। इस हाइब्रिड बैटरी में ग्रेफाइट फेल्ट पॉजिटिव इलेक्ट्रोड होता है जो मिश्रित घोल में काम करता है VOSO
4और H
2SO
4, और पोटेशियम हाइड्रोक्साइड जलीय घोल में एक धातु हाइड्राइड नकारात्मक इलेक्ट्रोड। अलग-अलग पीएच के दो इलेक्ट्रोलाइट्स एक द्विध्रुवीय झिल्ली से अलग होते हैं। सिस्टम ने कूलम्ब (95%), ऊर्जा (84%), और वोल्टेज (88%) में अच्छी प्रतिवर्तीता और उच्च क्षमता का प्रदर्शन किया। उन्होंने इस रेडॉक्स जोड़े के और सुधारों की सूचना दी, जिसमें वर्तमान घनत्व में वृद्धि हुई है, जिसमें 100 सेंटीमीटर बड़ा शामिल है2 इलेक्ट्रोड, और श्रृंखला में 10 बड़ी कोशिकाओं का संचालन। उतार-चढ़ाव वाले सिम्युलेटेड पावर इनपुट का उपयोग करते हुए प्रारंभिक डेटा ने kWh स्केल स्टोरेज की व्यवहार्यता का परीक्षण किया।[35] 2016 में, एक उच्च ऊर्जा घनत्व Mn(VI)/Mn(VII)-Zn हाइब्रिड फ्लो बैटरी प्रस्तावित की गई थी।[36]

एक प्रोटोटाइप जिंक-पॉलीआयोडाइड प्रवाह बैटरी ने 167 Wh/L (वाट-घंटे प्रति लीटर) की ऊर्जा घनत्व का प्रदर्शन किया। पुरानी जिंक-ब्रोमाइड कोशिकाएं 70 Wh/L तक पहुंच जाती हैं। तुलना के लिए, लिथियम आयरन फॉस्फेट बैटरी 233 Wh/L स्टोर करती है। जिंक-पॉलीआयोडाइड बैटरी को अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट्स की अनुपस्थिति, गैर-ज्वलनशीलता और ऑपरेटिंग रेंज के कारण अन्य प्रवाह बैटरी की तुलना में सुरक्षित होने का दावा किया जाता है। −4 to 122 °F (−20 to 50 °C) जिसके लिए व्यापक कूलिंग सर्किटरी की आवश्यकता नहीं होती है, जो वजन और जगह घेरती है। एक अनसुलझा मुद्दा नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर जस्ता निर्माण है जो झिल्ली में प्रवेश कर सकता है, दक्षता को कम कर सकता है। Zn डेन्ड्राइट गठन के कारण, Zn-halide बैटरियां उच्च धारा घनत्व (> 20 mA/cm) पर काम नहीं कर सकतीं2) और इस प्रकार सीमित शक्ति घनत्व है। ZnI बैटरी के इलेक्ट्रोलाइट में अल्कोहल मिलाने से समस्या में मदद मिल सकती है।[37] Zn/I RFB की कमियां आयोडाइड लवण (> $20 / किग्रा) की उच्च लागत पर हैं; Zn जमाव की सीमित क्षेत्र क्षमता भी विघटित ऊर्जा और शक्ति को खो रही है; और Zn डेन्ड्राइट गठन।

जब बैटरी पूरी तरह से डिस्चार्ज हो जाती है, तो दोनों टैंकों में समान इलेक्ट्रोलाइट घोल होता है: सकारात्मक रूप से आवेशित जिंक आयनों का मिश्रण (Zn2+
) और ऋणावेशित आयोडाइड आयन, (I−
). जब चार्ज किया जाता है, तो एक टैंक में एक और नकारात्मक आयन, पॉलीआयोडाइड होता है, (I−
3). बैटरी बाहरी टैंकों से तरल को बैटरी के स्टैक क्षेत्र में पंप करके बिजली पैदा करती है जहां तरल पदार्थ मिश्रित होते हैं। स्टैक के अंदर, जिंक आयन एक चयनात्मक झिल्ली से होकर गुजरते हैं और स्टैक के नकारात्मक पक्ष पर धात्विक जिंक में परिवर्तित हो जाते हैं।[38] जिंक-आयोडाइड प्रवाह बैटरी, ब्रोमाइड आयनों की ऊर्जा घनत्व को और बढ़ाने के लिए (Br
–) आयोडीन-ब्रोमाइड आयन बनाने, मुक्त आयोडीन को स्थिर करने के लिए जटिल एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है (I
2Br−
) चार्ज स्टोरेज के लिए आयोडाइड आयनों को मुक्त करने के साधन के रूप में।[39] प्रोटॉन प्रवाह बैटरी (पीएफबी) एक धातु हाइड्राइड स्टोरेज इलेक्ट्रोड को एक प्रतिवर्ती प्रोटॉन विनिमय झिल्ली (पीईएम) ईंधन सेल में एकीकृत करती है। चार्ज करने के दौरान, पीएफबी ईंधन सेल के एक इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रॉनों और धातु के कणों के साथ विभाजित पानी से उत्पन्न हाइड्रोजन आयनों को जोड़ता है। ऊर्जा एक ठोस-अवस्था धातु हाइड्राइड के रूप में संग्रहित होती है। जब प्रक्रिया उलट जाती है और प्रोटॉन परिवेशी ऑक्सीजन के साथ जुड़ जाते हैं तो निर्वहन बिजली और पानी का उत्पादन करता है। लिथियम से कम खर्चीली धातु का उपयोग किया जा सकता है और लिथियम सेल की तुलना में अधिक ऊर्जा घनत्व प्रदान करता है।[40][41]


जैविक

रिडॉक्स फ्लो बैटरियों की तुलना में जो अकार्बनिक हैं, जैसे वैनेडियम रिडॉक्स फ्लो बैटरियां और Zn-Br2 बैटरियां, जो दशकों से विकसित की गई हैं, ऑर्गेनिक रेडॉक्स फ्लो बैटरियां 2009 में उभरीं। ऑर्गेनिक रेडॉक्स फ्लो बैटरियों की प्राथमिक अपील ट्यून करने योग्य रेडॉक्स गुणों में निहित है। सक्रिय घटकों की। 2021 तक, जैविक RFB कम स्थायित्व (यानी कैलेंडर या चक्र जीवन, या दोनों) का अनुभव करता है। इस कारण से, व्यावसायिक स्तर पर केवल अकार्बनिक RFB का प्रदर्शन किया गया है।[42] कार्बनिक रेडॉक्स प्रवाह बैटरी को आगे जलीय (एओआरएफबी) और गैर-जलीय (एनएओआरएफबी) में वर्गीकृत किया जा सकता है।[43][44] AORFB इलेक्ट्रोलाइट सामग्री के लिए विलायक के रूप में पानी का उपयोग करते हैं जबकि NAORFB कार्बनिक सॉल्वैंट्स का उपयोग करते हैं। AORFBs और NAORFBs को कुल और संकर जैविक प्रणालियों में विभाजित किया जा सकता है। पूर्व केवल कार्बनिक इलेक्ट्रोड सामग्री का उपयोग करते हैं, जबकि बाद वाले एनोड या कैथोड के लिए अकार्बनिक सामग्री का उपयोग करते हैं। बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण में, कम विलायक लागत और उच्च चालकता एओआरएफबी को अधिक व्यावसायिक क्षमता प्रदान करती है, साथ ही पानी आधारित इलेक्ट्रोलाइट्स से सुरक्षा लाभ प्रदान करती है। इसके बजाय NAORFB बहुत अधिक वोल्टेज विंडो प्रदान करते हैं और कम भौतिक स्थान घेरते हैं।

पीएच तटस्थ AORFBs

पीएच न्यूट्रल एओआरएफबी पीएच 7 स्थितियों में संचालित होते हैं, आमतौर पर सहायक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सोडियम क्लोराइड का उपयोग करते हैं। पीएच तटस्थ स्थितियों में, संक्षारक अम्लीय और क्षारीय स्थितियों की तुलना में कार्बनिक और ऑर्गेनोमेटिक अणु अधिक स्थिर होते हैं। उदाहरण के लिए, K4[Fe(CN)], AORFBs में प्रयुक्त होने वाला एक सामान्य कैथोलाइट, क्षारीय विलयनों में स्थिर नहीं होता है, लेकिन pH उदासीन अवस्थाओं में होता है।[45] AORFBs ने Paraquat को एनोलिट के रूप में और 4-हाइड्रॉक्सी-2,2,6,6-टेट्रामेथिलपाइपरिडिन-1-ऑक्सील को pH न्यूट्रल परिस्थितियों में कैथोलाइट के रूप में, प्लस NaCL और एक कम लागत वाले आयन एक्सचेंज मेम्ब्रेन के रूप में उपयोग किया। इस MV/TEMPO सिस्टम में उच्चतम सेल वोल्टेज, 1.25 है{{nbsp}एओआरएफबी के लिए वी, और संभवत: सबसे कम पूंजीगत लागत ($180/किलोवाट घंटा) रिपोर्ट की गई। जलीय तरल इलेक्ट्रोलाइट्स को मौजूदा बुनियादी ढांचे को बदले बिना मौजूदा सिस्टम के लिए ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन के रूप में डिजाइन किया गया था। एक 600-मिलीवाट परीक्षण बैटरी 100 चक्रों के लिए स्थिर थी जिसमें 20 से 100 mA/cm तक की वर्तमान घनत्व पर लगभग 100 प्रतिशत दक्षता थी।2, इष्टतम प्रदर्शन के साथ 40-50 पर रेट किया गया{{nbsp}एमए, जिस पर बैटरी के मूल वोल्टेज का लगभग 70% बरकरार रखा गया था।[46][47] संक्षारक RFBs की तुलना में इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन दिखाते हुए तटस्थ AORFBs एसिड या क्षारीय AORFBs की तुलना में अधिक पर्यावरण के अनुकूल हो सकते हैं। MV/टेम्पो AORFB का ऊर्जा घनत्व 8.4 है{{nbsp}टेम्पो की तरफ सीमा के साथ क/ली। यूटा स्टेट यूनिवर्सिटी में लियू के समूह द्वारा मुख्य रूप से वायोलोजेन-आधारित प्रवाह बैटरी विकसित की गई हैं। 2019 में, समूह ने 10 Wh/L के ऊर्जा घनत्व पर 1000 चक्रों के लिए एक अल्ट्रालाइट सल्फ़ोनेट -वायलोजेन/ferrocyanide AORFB स्थिर होने की सूचना दी, जो अब तक का सबसे स्थिर, ऊर्जा सघन AORFB है।[48]


अम्लीय एओआरएफबी

क्विनोन और उनके डेरिवेटिव कई कार्बनिक रेडॉक्स सिस्टम का आधार हैं।[49][50][51] एक अध्ययन में, 1,2-डायहाइड्रोबेंजोक्विनोन-3,5-डिसल्फोनिक एसिड (बीक्यूडीएस) और 1,4-डायहाइड्रोबेंजोक्विनोन-2-सल्फोनिक एसिड (बीक्यूएस) को कैथोड के रूप में नियोजित किया गया था, और पारंपरिक पीबी/लीड (II) सल्फेट। पीबीएसओ4हाइब्रिड एसिड एओआरएफबी में एनोलाइट था। Quinones पारंपरिक कैथोलिक में एक की तुलना में विद्युत आवेश की दो इकाइयाँ स्वीकार करता है, जिसका अर्थ है कि ऐसी बैटरी किसी दिए गए आयतन में दोगुनी ऊर्जा संग्रहित कर सकती है।

एक अन्य क्विनोन 9,10-एंथ्राक्विनोन-2,7-डिसल्फोनिक एसिड (एक्यूडीएस) का मूल्यांकन किया गया है।[52]AQDS सल्फ्यूरिक एसिड में एक ग्लासी कार्बन इलेक्ट्रोड पर तेजी से, प्रतिवर्ती दो-इलेक्ट्रॉन/दो-प्रोटोन की कमी से गुजरता है। सस्ते कार्बन इलेक्ट्रोड के साथ एक जलीय प्रवाह बैटरी, क्विनोन/हाइड्रोक्विनोन जोड़े को Br
2/Br−
 रेडॉक्स युगल, 6,000 W/m से अधिक अधिकतम गैल्वेनिक शक्ति घनत्व उत्पन्न करता है2 13,000 ए/एम पर2</उप>। साइकिल चलाने से प्रति चक्र > 99% भंडारण क्षमता प्रतिधारण दिखाई दी। वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा घनत्व 20 Wh/L से अधिक था।[53]एंथ्राक्विनोन-2-सल्फ़ोनिक एसिड और एंथ्राक्विनोन-2,6-डिसल्फ़ोनिक एसिड नकारात्मक पक्ष पर और 1,2-डायहाइड्रोबेंजोक्विनोन- 3,5-डिसल्फ़ोनिक एसिड सकारात्मक पक्ष पर खतरनाक ब्र के उपयोग से बचा जाता है2. बैटरी को बिना किसी गिरावट के 1,000 चक्रों तक चलने का दावा किया गया था।[54] जबकि यह प्रणाली मजबूत दिखाई देती है, इसमें कम सेल वोल्टेज (ca. 0.55 V) और कम ऊर्जा घनत्व (<4{{nbsp}क/ली).

इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किए जाने वाले हाइड्रोब्रोमिक एसिड को कम विषैले क्षारीय घोल से बदल दिया गया है (1{{nbsp}एम पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड) और फेरोसाइनाइड।[55] उच्च पीएच कम संक्षारक है, जिससे सस्ती बहुलक टैंकों का उपयोग किया जा सकता है। झिल्ली में बढ़े हुए विद्युत प्रतिरोध की भरपाई बढ़े हुए वोल्टेज से की गई। सेल वोल्टेज 1.2 था में।[56][57] सेल की दक्षता 99% से अधिक हो गई, जबकि राउंड-ट्रिप दक्षता 84% मापी गई। बैटरी ने कम से कम 1,000 चक्रों के अपेक्षित जीवनकाल की पेशकश की। इसकी सैद्धांतिक ऊर्जा घनत्व 19 थी{{nbsp}क/एल.[58] Fe(OH) बनाए बिना उच्च pH KOH विलयन में फेरोसाइनाइड की रासायनिक स्थिरता2 या फे (ओएच)3 स्केल-अप से पहले सत्यापित करने की आवश्यकता है।

एनोलीटे और कैथोलाइट दोनों को एक ही अणु में एकीकृत करने की जांच की गई है। इस तरह के द्विकार्यात्मक विश्लेषण <रेफरी नाम = कैरेटेरो-गोंजालेज 2016 3521–3530{{Cite journal|last1=Carretero-González|first1=Javier|last2=Castillo-Martínez|first2=Elizabeth|last3=Armand|first3=Michel|date=2016|title=अत्यधिक पानी में घुलनशील तीन-रेडॉक्स स्टेट ऑर्गेनिक डाईज बायफंक्शनल एनालिटिक्स के रूप में|journal=Energy & Environmental Science|language=en|volume=9|issue=11|pages=3521–3530|doi=10.1039/C6EE01883A|issn=1754-5692}</ref> या कॉम्बी-अणु[59] दोनों टैंकों में समान सामग्री के उपयोग की अनुमति दें। एक टैंक में यह एक इलेक्ट्रॉन दाता है, जबकि दूसरे टैंक में यह एक इलेक्ट्रॉन प्राप्तकर्ता है। इसके प्रासंगिक लाभ हैं जैसे क्रॉसओवर के प्रभाव को कम करना। <रेफरी नाम = पोटाश 2016 ए338-ए344>{{Cite journal|last1=Potash|first1=Rebecca A.|last2=McKone|first2=James R.|last3=Conte|first3=Sean|last4=Abruña|first4=Héctor D.|date=2016|title=सिमेट्रिक रेडॉक्स फ्लो बैटरी के लाभों पर|journal=Journal of the Electrochemical Society|language=en|volume=163|issue=3|pages=A338–A344|doi=10.1149/2.0971602jes|osti=1370440|s2cid=101469730 |issn=0013-4651}</ref> इस प्रकार, क्विनोन डायमिनोएंथ्राक्विनोन <रेफरी नाम = पोटाश 2016 ए338–ए344 /> और इंडिगो आधारित<रेफरी नाम = कैरेटेरो-गोंजालेज 2016 3521–3530 /> अणुओं के साथ-साथ टेम्पो/फेनज़ीन<रेफरी नाम = विंसबर्ग 976 -980 /> संयोजन अणु सममित रेडॉक्स-फ्लो बैटरी (SRFB) के विकास के लिए संभावित इलेक्ट्रोलाइट्स हैं।

एक अन्य दृष्टिकोण ने ब्लैटर रैडिकल को दाता/प्राप्तकर्ता के रूप में अपनाया। इसने परीक्षणों में 275 चार्ज और डिस्चार्ज चक्रों को सहन किया, हालांकि यह पानी में घुलनशील नहीं था। रेफरी>Lavars, Nick (17 March 2022). "सममित प्रवाह बैटरी ग्रिड-स्केल स्टोरेज के लिए सही संतुलन बना सकती है". New Atlas (in English). Retrieved 18 March 2022.</ref>

क्षारीय

क्विनोन अणुओं का उपयोग क्षारीय एआरओएफबी में एनोलिट्स के रूप में किया गया है। एक अन्य एनोलाइट उम्मीदवार फ्लोरोनोन है, इसकी पानी में घुलनशीलता बढ़ाने के लिए इसे फिर से बनाया गया है। एक प्रतिवर्ती कीटोन (डी) हाइड्रोजनीकरण प्रदर्शन सेल बिना किसी उत्प्रेरक के कमरे के तापमान पर 1,111 चार्जिंग चक्रों में 120 दिनों तक लगातार संचालित होता है, जो 97% प्रतिशत क्षमता बनाए रखता है। सेल वैनेडियम-आधारित प्रणालियों की ऊर्जा घनत्व से दोगुनी से अधिक की पेशकश करता है।[60][61] क्षारीय एओआरएफबी के लिए प्रमुख चुनौती एक स्थिर कैथोलिक की कमी है, जो उनकी ऊर्जा घनत्व को 5 Wh/L से कम रखता है। क्षारीय घोलों में फेरोसाइनाइड की स्थिरता के मुद्दे के कारण सभी रिपोर्ट किए गए क्षारीय एओआरएफबी अतिरिक्त पोटेशियम फेरोसाइनाइड कैथोलाइट का उपयोग करते हैं।

रेडॉक्स-सक्रिय धातुओं के गुणों में सुधार करने के लिए धातु-कार्बनिक प्रवाह बैटरी कार्बनिक लिगेंड का उपयोग करती हैं। लिगैंड एथिलीनडायमिनेटेट्राएसिटिक एसिड की तरह केलेशन हो सकते हैं, और इलेक्ट्रोलाइट को तटस्थ या क्षारीय स्थितियों में सक्षम कर सकते हैं जिसके तहत मेटल एक्वा कॉम्प्लेक्स अन्यथा अवक्षेपित हो जाते हैं। धातु के लिए पानी के समन्वय को अवरुद्ध करके, कार्बनिक लिगेंड धातु-उत्प्रेरित जल विभाजन | जल-विभाजन प्रतिक्रियाओं को रोक सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उच्च वोल्टेज सभी-जलीय प्रणालियां होती हैं। उदाहरण के लिए, क्रोमियम के 1,3-प्रोपेनेडियमिनेटेट्राएसेटेट (पीडीटीए) के लिए समन्वित उपयोग ने 1.62 वी बनाम फेरोसाइनाइड और एक रिकॉर्ड 2.13 वी बनाम ब्रोमिन की सेल क्षमता प्रदान की।[62] धातु-जैविक प्रवाह बैटरी को समन्वय रसायन प्रवाह बैटरी के रूप में जाना जा सकता है, जो लॉकहीड मार्टिन की ग्रिडस्टार फ्लो तकनीक के पीछे की तकनीक का प्रतिनिधित्व करती है।[63]


ओलिगोमेर

कम लागत वाली झिल्लियों का उपयोग करते हुए, इलेक्ट्रोएक्टिव प्रजातियों के क्रॉसओवर को कम करने के लिए ओलिगोमर रेडॉक्स-प्रजाति आरएफबी का प्रस्ताव किया गया है। ऐसे रेडॉक्स-सक्रिय ओलिगोमर्स को रेडॉक्सिमर्स के रूप में जाना जाता है। एक प्रणाली सेल्यूलोज झिल्ली के साथ कार्बनिक पॉलिमर और एक खारा समाधान का उपयोग करती है। पर्याप्त क्षमता बनाए रखते हुए प्रोटोटाइप 10,000 चार्जिंग चक्रों से गुजरा। ऊर्जा घनत्व 10 Wh/L था।[64] वर्तमान घनत्व 100 मिलीमीटर/सेमी तक पहुंच गया2</उप>।[65] एक अन्य ओलिगोमर आरएफबी कम लागत वाले डायलिसिस (रसायन विज्ञान) झिल्लियों के संयोजन में वायोलोजन और टेम्पो रिडॉक्सिमर्स को नियोजित करता है। पानी में घुले कार्यात्मक बड़े अणुओं (एक्रिलिक ग्लास या स्टायरोफोम के समान) सक्रिय इलेक्ट्रोड सामग्री हैं। आकार-चयनात्मक नैनोपोरस झिल्ली एक छलनी की तरह काम करती है और पारंपरिक आयन-चयनात्मक झिल्ली की तुलना में बहुत अधिक आसानी से और कम लागत पर निर्मित होती है। यह छोटे स्पेगेटी जैसे बहुलक अणुओं को बनाए रखता है, जबकि छोटे काउंटरों को पारित करने की अनुमति देता है।[66] अवधारणा पारंपरिक Nafion झिल्ली की उच्च लागत को हल कर सकती है, लेकिन उच्च पानी में घुलनशीलता के साथ रेडॉक्स सक्रिय बहुलक का डिज़ाइन और संश्लेषण तुच्छ नहीं है। अब तक, ओलिगोमेर रेडॉक्स-प्रजातियों वाले आरएफबी ने प्रतिस्पर्धी क्षेत्र-विशिष्ट शक्ति का प्रदर्शन नहीं किया है। यह स्पष्ट नहीं है कि कम ऑपरेटिंग वर्तमान घनत्व बड़े रेडॉक्स-अणुओं की आंतरिक विशेषता है या नहीं।

झिल्ली रहित

एक झिल्ली रहित बैटरी[67] लामिनार प्रवाह पर निर्भर करता है जिसमें दो तरल पदार्थ एक चैनल के माध्यम से पंप किए जाते हैं, जहां वे ऊर्जा को स्टोर या रिलीज करने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं से गुजरते हैं। समाधान थोड़ा मिश्रण के साथ समानांतर में प्रवाहित होते हैं। प्रवाह स्वाभाविक रूप से तरल पदार्थ को अलग करता है, झिल्ली की आवश्यकता को समाप्त करता है।[68]

मेम्ब्रेन अक्सर बैटरी के सबसे महंगे और कम विश्वसनीय घटक होते हैं, क्योंकि कुछ अभिकारकों के बार-बार संपर्क में आने से उन्हें जंग लग सकती है। एक झिल्ली की अनुपस्थिति एक तरल ब्रोमीन समाधान और हाइड्रोजन के उपयोग को सक्षम करती है: यह संयोजन समस्याग्रस्त है जब झिल्ली का उपयोग किया जाता है, क्योंकि वे हाइड्रोब्रोमिक एसिड बनाते हैं जो झिल्ली को नष्ट कर सकते हैं। दोनों सामग्री कम कीमत पर उपलब्ध हैं।[69]डिजाइन दो इलेक्ट्रोड के बीच एक छोटे चैनल का उपयोग करता है। ग्रेफाइट कैथोड के ऊपर चैनल के माध्यम से तरल ब्रोमीन बहता है और झरझरा एनोड के नीचे हाइड्रोब्रोमिक एसिड बहता है। इसी समय, हाइड्रोजन गैस एनोड में प्रवाहित होती है। बैटरी को रिचार्ज करने के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया को उल्टा किया जा सकता है - किसी भी झिल्ली रहित डिजाइन के लिए पहली बार।[69]अगस्त 2013 में प्रकाशित ऐसी ही एक झिल्ली रहित प्रवाह बैटरी ने 0.795 mW/cm की अधिकतम शक्ति घनत्व का उत्पादन किया2, अन्य झिल्ली रहित प्रणालियों की तुलना में तीन गुना अधिक शक्ति घनत्व- और लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में अधिक परिमाण का एक क्रम।[69]

2018 में, कई चक्रों के लिए एक ही इलेक्ट्रोलाइट धाराओं के रिचार्जिंग और रीसर्क्युलेशन में सक्षम मैक्रोस्केल मेम्ब्रेनलेस रेडॉक्स फ्लो बैटरी का प्रदर्शन किया गया है। बैटरी अमिश्रणीय कार्बनिक कैथोलाइट और जलीय एनोलाइट तरल पदार्थों पर आधारित है, जो साइकिल चलाने के दौरान उच्च क्षमता प्रतिधारण और कूलम्बिक दक्षता प्रदर्शित करती है।[70]


नैनो-नेटवर्क

नैनोकणों के एक नेटवर्क में व्यवस्थित लिथियम-सल्फर प्रणाली उस आवश्यकता को समाप्त कर देती है जो आवेश उन कणों से अंदर और बाहर जाता है जो एक संवाहक प्लेट के सीधे संपर्क में होते हैं। इसके बजाय, नैनोपार्टिकल नेटवर्क बिजली को पूरे तरल में प्रवाहित करने की अनुमति देता है। इससे अधिक ऊर्जा निकाली जा सकती है।[71]


अन्य रसायन

अन्य प्रवाह-प्रकार की बैटरियों में जिंक-सेरियम बैटरी | जिंक-सेरियम हाइब्रिड फ्लो बैटरी, जिंक-ब्रोमीन बैटरी | जिंक-ब्रोमीन हाइब्रिड फ्लो बैटरी और हाइड्रोजन ब्रोमीन बैटरी शामिल हैं।

अन्य प्रवाह-प्रकार की बैटरी

अर्द्ध ठोस

Semi-सॉलिड फ्लो बैटरी
330 x 0 पिक्स

अर्ध-ठोस प्रवाह बैटरी|सेमी-सॉलिड फ्लो सेल में, धनात्मक और ऋणात्मक इलेक्ट्रोड एक वाहक तरल में निलंबित कणों से बने होते हैं। सकारात्मक और नकारात्मक निलंबन अलग-अलग टैंकों में संग्रहीत होते हैं और अलग-अलग पाइपों के माध्यम से आसन्न प्रतिक्रिया कक्षों के ढेर में पंप किए जाते हैं, जहां वे एक पतली, झरझरा झिल्ली जैसे अवरोध से अलग होते हैं। दृष्टिकोण जलीय-प्रवाह बैटरी की मूल संरचना को जोड़ती है, जो एक तरल इलेक्ट्रोलाइट में निलंबित इलेक्ट्रोड सामग्री का उपयोग करती है, कार्बन मुक्त निलंबन और प्रवाहकीय कार्बन नेटवर्क के साथ स्लरी दोनों में लिथियम-आयन बैटरी की रसायन शास्त्र के साथ।[1][73][74] कार्बन मुक्त अर्ध-ठोस रेडॉक्स प्रवाह बैटरी को कभी-कभी ठोस फैलाव रेडॉक्स प्रवाह बैटरी भी कहा जाता है।[75] किसी पदार्थ को घोलने से उसका रासायनिक व्यवहार महत्वपूर्ण रूप से बदल जाता है। हालांकि, ठोस सामग्री के निलंबित टुकड़े ठोस की विशेषताओं को बरकरार रखते हैं। परिणाम एक चिपचिपा निलंबन है जो गुड़ की तरह बहता है।[76]

रिडॉक्स-लक्षित ठोस

रेडॉक्स-लक्षित ठोस (आरओटीएस) के साथ प्रवाह बैटरी, जिसे ठोस ऊर्जा बूस्टर (एसईबी) भी कहा जाता है, एक और हालिया विकास है। 

[77]

इन बैटरियों में या तो पॉसोलाइट या नेगोलाइट या दोनों (उर्फ रेडॉक्स तरल पदार्थ), एक या एक से अधिक ठोस इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्रियों के संपर्क में आते हैं, जो पावर स्टैक के बाहर टैंकों में संग्रहीत होते हैं। रेडॉक्स तरल पदार्थ में एक या एक से अधिक रेडॉक्स जोड़े शामिल होते हैं, जिसमें रेडॉक्स क्षमता ठोस इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्री की रेडॉक्स क्षमता को फ़्लैंक करती है। सॉलिड एनर्जी बूस्टर्स (SEBs) वाले ऐसे RFB पारंपरिक बैटरियों (जैसे लिथियम-आयन) के उच्च विशिष्ट ऊर्जा लाभ को फ्लो बैटरियों के डिकूपल्ड एनर्जी-पॉवर लाभ के साथ जोड़ते हैं। एसईबी (आरओटीएस) आरएफबी के पास अर्ध-ठोस आरएफबी की तुलना में कई फायदे हैं, जैसे चिपचिपा स्लरी पंप करने की कोई ज़रूरत नहीं है, कोई वर्षा/क्लॉगिंग नहीं, उच्च क्षेत्र-विशिष्ट शक्ति, लंबे समय तक स्थायित्व, व्यापक रासायनिक डिजाइन स्थान। हालांकि, दोहरे ऊर्जा नुकसान (एक ढेर में और दूसरा एसईबी (आरओटीएस) और मध्यस्थ के बीच टैंक में) के कारण, ऐसी बैटरी खराब ऊर्जा दक्षता से ग्रस्त हैं। सिस्टम-स्तर पर, पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरियों की व्यावहारिक विशिष्ट ऊर्जा लिथियम-आयन बैटरियों के SEB (ROTS)-प्रवाह संस्करणों की तुलना में बड़ी होती है। [78]

Couple Max. cell voltage (V) Average electrode power density (W/m2) Average fluid energy density Cycles
Hydrogen–lithium bromate 1.1 15,000 750 Wh/kg
Hydrogen–lithium chlorate 1.4 10,000 1400 Wh/kg
Bromine-hydrogen 1.07 7,950
Iron–tin 0.62 < 200
Iron–titanium 0.43 < 200
Iron–chromium 1.07 < 200
Iron–Iron 1.21 < 1000 20 Wh/L 10,000
Organic (2013) 0.8 13,000 21.4 Wh/L 10
Organic (2015) 1.2 7.1 Wh/L 100
MV-TEMPO 1.25 8.4 Wh/L 100
Sulfonate viologen (NH4)4[Fe(CN)6] 0.9 > 500 10 Wh/L 1,000
Metal-organic–ferrocyanide[62] 1.62 2,000 21.7 Wh/L 75
Metal-organic–bromine[62] 2.13 3,000 35 Wh/L 10
Vanadium–vanadium (sulphate) 1.4 ~800 25  Wh/L
Vanadium–vanadium (bromide) 50 Wh/L 2,000[2]
Sodium–bromine polysulfide 1.54 ~800
Sodium–potassium[79]
Sulfur-oxygen-salt[80]
Zinc–bromine 1.85 ~1,000 75 Wh/kg > 2,000
Lead–acid (methanesulfonate) 1.82 ~1,000
Zinc–cerium (methanesulfonate) 2.43 < 1,200–2,500
Zn-Mn(VI)/Mn(VII) 1.2 60 Wh/L[36]

जिंक-ब्रोमीन फ्लो बैटरियां सबसे पुरानी हैं, उनकी उत्पत्ति 1880 के दशक में हुई थी।[81]


लाभ

रेडॉक्स फ्लो बैटरी, और कुछ हद तक हाइब्रिड फ्लो बैटरी के फायदे हैं

  • ऊर्जा (टैंक) और शक्ति (ढेर) का स्वतंत्र स्केलिंग, जो लागत/वजन/आदि के लिए अनुमति देता है। प्रत्येक आवेदन के लिए अनुकूलन
  • लंबा चक्र और कैलेंडर रहता है (क्योंकि ठोस-से-ठोस चरण संक्रमण नहीं होते हैं, जो लिथियम-आयन और संबंधित बैटरी के क्षरण का कारण बनते हैं)
  • त्वरित प्रतिक्रिया समय
  • इक्वलाइज़ेशन चार्ज करने की कोई ज़रूरत नहीं है (बैटरी की ओवरचार्जिंग यह सुनिश्चित करने के लिए कि सभी सेल का एक समान चार्ज हो)
  • कोई हानिकारक उत्सर्जन नहीं
  • खड़े होने के दौरान थोड़ा या कोई स्व-निर्वहन नहीं
  • इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्रियों का पूर्ण पुनर्चक्रण

कुछ प्रकार आसान स्थिति-प्रभारी निर्धारण (चार्ज पर वोल्टेज निर्भरता के माध्यम से), कम रखरखाव और ओवरचार्ज/ओवरडिस्चार्ज के लिए सहनशीलता भी प्रदान करते हैं।

सुरक्षित हैं क्योंकि

  • उनमें आमतौर पर ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स नहीं होते हैं
  • इलेक्ट्रोलाइट्स को पावर स्टैक से दूर रखा जा सकता है।

ये तकनीकी खूबियां रेडॉक्स फ्लो बैटरियों को बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए एक उपयुक्त विकल्प बनाती हैं।

नुकसान

ठोस इलेक्ट्रोएक्टिव सामग्री वाली बैटरियों की तुलना में फ्लो बैटरियों के तीन मुख्य नुकसान हैं [81]* कम ऊर्जा घनत्व (ऊर्जा की उपयोगी मात्रा को संग्रहित करने के लिए आपको इलेक्ट्रोलाइट के बड़े टैंक की आवश्यकता होती है)

  • कम चार्ज और डिस्चार्ज रेट (अन्य औद्योगिक इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं की तुलना में)। इसका मतलब है कि इलेक्ट्रोड और झिल्ली विभाजक बड़े होने चाहिए, जिससे बिजली की लागत बढ़ जाती है।
  • फ्लो बैटरियों में कम ऊर्जा दक्षता होती है, क्योंकि वे क्रॉस-ओवर (आंतरिक स्व-निर्वहन) के प्रभावों को कम करने और बिजली की लागत को कम करने के लिए उच्च वर्तमान घनत्व पर काम करती हैं।

प्रवाह बैटरी में आमतौर पर ईंधन कोशिकाओं की तुलना में उच्च ऊर्जा दक्षता होती है, लेकिन लिथियम-आयन बैटरी से कम होती है।[82]


अनुप्रयोग

बहु-घंटे के चार्ज-डिस्चार्ज चक्रों के साथ फ्लो बैटरी को सामान्य रूप से अपेक्षाकृत बड़े (1 kWh – 10 MWh) स्थिर अनुप्रयोगों के लिए माना जाता है।[83] कम चार्ज/डिस्चार्ज समय के लिए फ्लो बैटरी किफायती नहीं हैं। कुछ फ्लो बैटरी मार्केट निचे के उदाहरण हैं:

  • लोड बैलेंसिंग (विद्युत शक्ति) - जहां बैटरी को विद्युत ग्रिड से जोड़ा जाता है ताकि ऑफ-पीक आवर्स के दौरान अतिरिक्त विद्युत शक्ति को स्टोर किया जा सके और पीक डिमांड अवधि के दौरान विद्युत शक्ति जारी की जा सके। इस एप्लिकेशन में अधिकांश फ्लो बैटरी केमिस्ट्री के उपयोग को सीमित करने वाली आम समस्या उनकी कम क्षेत्र शक्ति (ऑपरेटिंग करंट डेंसिटी) है जो बिजली की उच्च लागत में तब्दील हो जाती है।
  • पीक डिमांड की अवधि के दौरान डिस्चार्ज के लिए पवन चक्की संयंत्र या फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन जैसे नवीकरणीय स्रोतों से ऊर्जा का भंडारण।[84]* पीक शेविंग, जहां बैटरी द्वारा स्पाइक्स की मांग को पूरा किया जाता है।[85][better source needed]
  • अबाधित बिजली की आपूर्ति, जहां बैटरी का उपयोग किया जाता है यदि मुख्य शक्ति निर्बाध आपूर्ति प्रदान करने में विफल रहती है।
  • विद्युत शक्ति रूपांतरण - क्योंकि सभी कोशिकाएं समान इलेक्ट्रोलाइट (ओं) को साझा करती हैं, इलेक्ट्रोलाइट्स को दी गई संख्या में कोशिकाओं का उपयोग करके चार्ज किया जा सकता है और एक अलग संख्या के साथ डिस्चार्ज किया जा सकता है। चूंकि बैटरी वोल्टेज उपयोग की जाने वाली कोशिकाओं की संख्या के समानुपाती होता है, इसलिए बैटरी बहुत शक्तिशाली डीसी-डीसी कनवर्टर के रूप में कार्य कर सकती है। इसके अलावा, यदि सेल की संख्या लगातार बदली जाती है (इनपुट और/या आउटपुट पक्ष पर) इलेक्ट्रिक पावर रूपांतरण स्विचिंग गियर द्वारा सीमित आवृत्ति के साथ एसी/डीसी, एसी/एसी, या डीसी-एसी भी हो सकता है।[86]* विद्युतीय वाहन - क्योंकि इलेक्ट्रोलाइट को बदलकर फ्लो बैटरियों को तेजी से रिचार्ज किया जा सकता है, उनका उपयोग उन अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है जहां वाहन को दहन इंजन वाले वाहन के रूप में तेजी से ऊर्जा लेने की आवश्यकता होती है।[87][88]EV अनुप्रयोगों में अधिकांश RFB रसायन शास्त्रों के साथ पाई जाने वाली एक आम समस्या उनकी कम ऊर्जा घनत्व है जो कम ड्राइविंग रेंज में अनुवादित होती है। जिंक-क्लोरीन बैटरी[89] और अत्यधिक घुलनशील हालेट वाली बैटरी एक उल्लेखनीय अपवाद हैं।[90][better source needed]
  • स्टैंड-अलोन पावर सिस्टम - इसका एक उदाहरण सेलफोन बेस स्टेशनों में है जहां कोई ग्रिड पावर उपलब्ध नहीं है। बैटरी का उपयोग सौर या पवन ऊर्जा स्रोतों के साथ उनके उतार-चढ़ाव वाले बिजली स्तरों की भरपाई के लिए और एक जनरेटर के साथ ईंधन बचाने के लिए इसका सबसे कुशल उपयोग करने के लिए किया जा सकता है।[91][92][better source needed]

यह भी देखें

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बाहरी संबंध

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