De Flowbatterij van Elestor gaat gascentrales overbodig maken
Technisch weekblad 31 mei 2023
In de energietransitie naar een 100 procent duurzame elektriciteitsvoorziening is goedkope opslag van elektriciteit de ontbrekende schakel. Reguliere batterijen voor energieopslag maken gebruik van grondstoffen die schaars zijn, waardoor de productie duur is. Het Arnhemse bedrijf Elestor ontwikkelde een uniek batterijsysteem dat gebruik maakt van het zeer goedkope waterstof en broom. Deze stoffen zijn wereldwijd in enorme hoeveelheden uit zeewater te winnen.
| In een gewone batterij zitten twee polen, gemaakt van twee verschillende elementen (lithium, nikkel, cadmium enz), met daartussen een stof, vloeibaar of vast. Als de batterij stroom levert, komen bij de negatieve pool elektronen vrij en worden aan de positieve pool elektronen gebonden door chemische reacties. Bij een oplaadbare batterij zijn die chemische reacties omkeerbaar: als er een stroom in de andere richting door de batterij wordt gestuurd, wordt de batterij weer opgeladen (vrij naar Wikipedia). |
a) Geef drie voordelen van het gebruik van de stoffen in de Flow-batterij die in het artikel genoemd worden ten opzichte van grondstoffen in normale batterijen.
- Waterstof en broom zijn niet of minder giftig dan de stoffen in gewone batterijen
- De stoffen zijn vrij in grote hoeveelheden verkrijgbaar voor iedereen, dus geen geopolitieke problemen.
- De stoffen zijn goedkoper door gemakkelijke manier van winning.
Hieronder een vereenvoudigd schema van de Flow-batterij.
De Flowbatterij bevat een membraan dat waterstofkernen (protonen) doorlaat. Het staat aan de ene kant in contact staat met het elektrolyt, een waterige oplossing van HBr en Br2, en aan de andere kant met gasvormig waterstof (H2). Beide actieve stoffen circuleren in een gesloten ruimte aan hun eigen kant van de cel.
De Flowbatterij is verbonden met twee tanks. In de linker tank zit de oplossing van waterstofbromide en broom. Als je een elektrische spanning op de batterij aansluit, wordt het waterstofbromide gesplitst in waterstof en broom. Dat waterstof wordt in de rechter tank opgevangen. Zo laad je de batterij op.
b) Geef de reactievergelijking aan de rechterkant tijdens het opladen.
$2\mathrm{H}^+ + 2 \mathrm{e}^-\rightarrow \mathrm{H}_2$
c) Geef de reactievergelijking aan de linkerkant, tijdens het opladen.
$2\mathrm{HBr}\rightarrow \mathrm{Br}_2 + 2\mathrm{H}^+ + 2\mathrm{e}^-$
Als waterstof en broom weer worden samengevoegd tot waterstofbromide, komt die energie weer vrij en gaat naar het stroomnet. Zo ontlaadt de batterij. “De chemische reacties voor laden en ontladen in dit systeem zijn 100 procent omkeerbaar. Dus zelfs na tienduizend keer laden en ontladen bevat het systeem nog exact evenveel waterstof en broom”, schrijft het Technisch Weekblad.
d) Waarin verschilt dat van een gewone oplaadbare batterij? Geef aan waarom dat een voordeel van de Flowbatterij is?
Een gewone oplaadbare batterij kan na verloop van tijd minder energie opslaan en leveren.
“Bij onze batterij kun je goedkoop opslagcapaciteit toevoegen, dat is een kwestie van extra tanks waterstof en broom”, licht de baas van Elestor toe. “Het belangrijkste verschil met conventionele batterijen is dat in de Elestortechnologie vermogen [MW] en energie [MWh] niet gekoppeld zijn”. Dat wil zeggen dat het vermogen stijgt als de geleverde energie stijgt.
e) Leg uit dat die twee grootheden in een normale batterij gekoppeld zijn.
Bij de Flow-batterij wordt de opslagcapaciteit bepaald door de grootte van de tanks, onafhankelijk van de grootte van de cel.
f) Leg uit waarom dat in de Elestortechniek niet het geval is.
Bijzonder aan de Flowbatterij is dat je hem gemakkelijk meer opslagcapaciteit kan geven door de broom- en waterstoftanks groter te maken. Daarbij hoeft het vermogen, dus de hoeveelheid energie die hij per tijdseenheid kan opnemen of afgeven, niet mee te groeien. Dat is bij lithiumaccu’s wel het geval.
g) Leg uit waarom dit een groot voordeel is.
Voor meer opslagcapaciteit heb je geen grotere batterij nodig, alleen maar grotere tanks.
Elestor zegt dat dit systeem gemakkelijk te koppelen is aan andere opslagsystemen.
h) Leg uit hoe dat zou kunnen. Geef een voorbeeld
De waterstoftanks kunnen waterstof leveren voor andere batterijen en/of aan auto’s.
Naast het kantoor van Elestor staat een vroege versie van de Flowbatterij. De tank met broom is ondergronds, terwijl de waterstof wordt opgeslagen in een iglovormige ballon.
