Flödesbatterier

Flödesbatterier är en lovande teknik för energilagring i elnät eller i anslutning till lokal elproduktion.

Ett flödesbatteri är ett laddningsbart batteri, ungefär som ett bilbatteri, men är annorlunda på två avgörande sätt. Dels är båda elektroderna flytande, dels lagras de flytande elektroderna i tankar utanför själva battericellen, där reaktionen sker, och flödesbatterier kan på det sättet byggas med mycket stor lagringskapacitet per cell. Flödesbatterier är därför inte så lämpliga för mobila tillämpningar, utan har sina fördelar i fasta installationer, t ex för kapacitetsutjämning i elnät, lagring i lokala nät eller i anläggningar för avbrottsfri el.

Att de båda elektroderna är flytande, medför att de i de flesta konstruktioner skiljs åt av ett genomsläppligt membran. I några fall experimenteras det dock med laminär strömning i smala passager i cellen, där de båda vätskorna får en gränsyta utan att blanda sig med varandra. Förutom cellerna består batteriet av två tankar, en för vardera elektrodlösning och rör och pumpar för att åstadkomma flödet. Dessutom behövs ett reglersystem för detta och kraftelektronik för anpassningen till nätet. Cellspänningen är olika för olika typer men ligger i de flesta fall mellan 1,0 och 2,2 volt.

Energitätheten i elektrodlösningen är en viktig faktor, eftersom den speglar förhållandet mellan batteriets storlek och dess kapacitet. För de olika typer som man hittills gjort försök med varierar energitätheten mellan 25 och 75 Wh/kg elektrodlösning. Detta är jämförbart med energitätheten i ett blybatteri, ca 40 Wh/kg, men mycket lägre än för litium-jonbatterier, där energitätheten kan vara så hög som uppåt 200 Wh/kg.

Förutom den uppenbara egenskapen att kunna lagra stora energimängder, har de också kort reaktionstid. Eftersom flödesbatterier inte har någon fast elektrod som åldras, kan de få mycket lång livslängd. Den främsta nackdelen är förstås att de är stora och tunga, men eftersom tankarna är skilda från cellerna, är å andra sidan layouten (i princip) mycket flexibel.

Flödesbatterier baserade på vanadium är för närvarande den teknik som kommit längst. Ett vanadiumbaserat flödesbatteri har stor tålighet mot urladdning och stor förmåga att anpassa sig till varierande laster. Ett sådant batteri kan också göras i princip hur stort som helst, det handlar bara om storleken på de båda elektrolyttankarna. Det finns flera system i drift runtom i världen och för att underlätta utvecklingen och tillväxten i branschen föreslås från kinesiskt håll ett arbete inom IEC, den internationella organisationen för standardisering på elområdet. Avsikten är, att ta fram en internationell standard för vanadiumbaserade flödesbatterier, med överenskomna anvisningar för bedömning och provning av olika egenskaper. På det sättet ska utvecklingen underlättas, liksom möjligheten att göra jämförelser mellan olika konstruktioner och fabrikat. För att underlätta kommersialisering föreslås i förlängningen en serie med standarder för säkerhet, installation, bestämning av prestanda och grundläggande metoder för att prova material och system och för att ge vägledning beträffande återvinning.

Det kinesiska förslaget har lämnats till den grupp inom IEC som arbetar med internationella standarder för laddningsbara batterier, IEC TC 21. Förslaget, som har beteckningen IEC 21/819/NP (och är ganska kortfattat), kan fram till den 10 januari 2014 utan kostnad beställas från SEK Svensk Elstandard.

Den som är intresserad av flödesbatterier ur ett användarperspektiv – i elnät eller en anläggning – kan finna vägledning i ett dokument från den europeiska standardiseringsorganisation CENELEC, tillgängligt från SEK Svensk Elstandard under beteckningen SEK CWA 50611.