La polvere di vanadio avanzata ha prodotto materiali VRFB di nuova generazione

Introduzione

Le batterie di flusso al vanadio redox sono un componente promettente del nostro futuro energetico. Presentano una lunga durata di ciclo e un funzionamento sicuro. Le polveri di vanadio utilizzate nei nostri sistemi di batterie possono essere prodotte per migliorare le prestazioni.

Fondamenti delle batterie a flusso di vanadio redox

Lebatterie a flusso redox al vanadio utilizzano elettroliti liquidi. La batteria immagazzina energia sotto forma di ioni di vanadio. Questi ioni cambiano il loro stato di ossidazione per immagazzinare o rilasciare elettricità. La batteria è composta da due serbatoi collegati da un sistema di flusso. Quando uno dei due ha bisogno di energia, il fluido scorre attraverso una pila di celle dove la reazione produce elettricità.

La struttura presenta diversi vantaggi. Le batterie sono facilmente scalabili aumentando le dimensioni dei serbatoi. I rischi per la sicurezza sono ridotti perché i liquidi sono contenuti. In condizioni standard, una batteria al vanadio può sopportare oltre 10.000 cicli. Sono utilizzate nei programmi di stoccaggio della rete in molti Paesi. Le aziende di solito forniscono esempi di situazioni in cui queste batterie stabilizzano la fornitura di energia rinnovabile. Il metodo è testato e dimostrato come sicuro ed efficace.

Polvere di vanadio come materiale di partenza

Anche lapolvere di vanadio costituisce un elemento essenziale nella produzione di queste batterie. La polvere è un materiale di partenza per l'elettrolita di vanadio. La polvere determina la purezza e le prestazioni della batteria finale. Nella maggior parte dei casi, una polvere di vanadio di grado superiore produce una reazione più stabile della batteria. Ad esempio, le ricerche dimostrano che la polvere di vanadio pura al 99,5% migliora l'efficienza della batteria rispetto alle polveri di grado inferiore.

A livello di produzione, viene utilizzato il minerale di vanadio grezzo, che viene purificato in polvere. Poi la polvere viene sottoposta a un'ulteriore lavorazione per ottenere gli stati di ossidazione necessari per la reazione della batteria. Un buon esempio è l'utilizzo del pentossido di vanadio (V2O5), che viene ridotto per generare gli stati di ossidazione inferiori. Nella nostra ricerca, i metodi di purificazione come la calcinazione e la riduzione non sono rari.

È dimostrato che il trattamento della polvere di vanadio con cura aumenta l'area superficiale e la reattività. Una maggiore reattività significa che le specie di vanadio si muoveranno a velocità più elevate durante la scarica e la carica. In casi pratici, i rapporti dei laboratori di batterie hanno mostrato un'efficienza superiore fino al 5% con polveri di vanadio altamente ottimizzate. Tali prove suggeriscono che il miglioramento delle polveri influisce direttamente sulle prestazioni complessive delle batterie.

Tipi di materiali avanzati in polvere di vanadio

Al giorno d'oggi vengono utilizzati diversi tipi di polvere di vanadio: ci sono polveri purificate chimicamente e polveri prodotte con mezzi fisici. Una di queste è la polvere di ossido di vanadio ad alta purezza. Questo tipo di polvere ha una costituzione chimica omogenea. Questo tipo di polveri produce reazioni coerenti nelle batterie. Di solito si trovano nei grandi laboratori di ricerca.

Esiste un'altra forma, ovvero la polvere di vanadio macinata meccanicamente. La macinazione meccanica rompe le particelle in modo molto fine. Ciò aumenta la superficie disponibile per le reazioni chimiche. In alcuni esempi nel mondo reale, questa polvere fine ha aumentato i tassi di trasmissione delle reazioni. Ciò ha implicazioni per il funzionamento delle batterie per un gran numero di cicli.

Gli additivi sono utilizzati in alcuni materiali high-tech. La forma e la dimensione delle particelle sono regolate dall'uso degli additivi. Le particelle sferiche sono responsabili di prestazioni più stabili della batteria. In una fabbrica di batterie paragonabile a questa, l'aggiunta di additivi nanostrutturati ha inibito l'agglomerazione delle particelle. Ciò equivale a densità di corrente più elevate e a prestazioni più stabili della batteria.

Sia le polveri di vanadio create chimicamente che quelle purificate meccanicamente sono importanti. Entrambe hanno una funzione specifica per migliorare le proprietà dell'elettrolita. La scelta di quella giusta dipende da ciò che richiede l'applicazione e dall'architettura del sistema di batterie. In poche parole, polveri migliori significano sistemi di vanadio migliori.

Conclusioni

I nuovi materiali in polvere di vanadio sono molto promettenti per la prossima generazione di batterie a flusso redox al vanadio. Essi contribuiscono a migliorare le reazioni chimiche che sono cruciali per l'immagazzinamento dell'energia. Piccoli passi avanti nella lavorazione stanno già garantendo migliori prestazioni e una maggiore durata della batteria. Piccoli aggiustamenti alla polvere fanno ovviamente una grande differenza.

Domande frequenti

F: A cosa servono le batterie a flusso di vanadio redox?

D: Sono utilizzate nei sistemi di accumulo di energia e di alimentazione di riserva su larga scala.

F: Perché è importante la purezza della polvere di vanadio?

D: L'elevata purezza migliora la stabilità e l'efficienza della batteria in fase di scarica e carica.

F: Qual è il miglioramento della macinazione meccanica?

D: Aumenta l'area superficiale, il che aumenta la velocità di reazione e le prestazioni della batteria.