Gelecek Vadeden Enerji Depolama Sistemi

Yeni araştırmalar batarya içerisindeki çözeltinin değiştirilmesinin sistemde önemli ölçüde gelişme sağladığını gösteriyor. Bu gelişmeler ışığında elektrik şebekelerindeki güvenilirliğin arttırılabileceği ve sisteme daha fazla rüzgâr türbini ve güneş paneli eklenebileceği öngörülüyor.

Advanced Energy Materials dergisinde yayınlanan yazıda, Energy's Pacific Northwest National Laboratory bölümü araştırmacıları Vanadyum redox batarya içerisinde hidroklorik asit ve sülfürik asit kullanılarak enerji depolama kapasitesinin %70 arttırılabildiğini ve çalışma sıcaklıklarının genişletilebildiğini söylemektedirler. Baş yazar ve PNNL kimyager Liyu Li ''Bizim küçük değişikliğimiz mükemmel bir gelişme sağladı ve çok az bir çalışmayla bataryalar rüzgar,güneş yada diğer yenilenebilir güç kaynaklarıyla elektrik şebekesinin potansiyeli arttırılabilir.'' diyor.

Geleneksel olarak enerji ihtiyacımızı sürekliliği olan akarsulardan veya kontrollü yakılan kömüre veya türbine gönderilen su buharına bağlı sistemlerle vb. karşılıyoruz. Yenilenebilir güç üretiminde ise doğal fenomen olan ve kontrol edilemeyen güneş ve rüzgar enerjileri bulunuyor. Kesintili olarak üretilen rüzgar ve güneş gücünü biz şebekeye güvenli bir şekilde vermeye çalışıyoruz. Vanadyum bataryalar yenilenebilir gücü enerjiye gereksinim duyana kadar tutabiliyorlar. Yani siz çamaşır makinenizi çalıştırana kadar bu gücü tutabiliyorlar. Vanadyum bataryaların diğer bir yararı ise yüksek verimde ve hızlı bir şekilde enerjiyi üretiyor ve kullanılmayan uzun periyotlarda dahi sistem kapasitesindeki değer düşmüyor yani enerji ihtiyacımız olmadığı zamanlarda depo olan güç kaybolmuyor.

Vanadyum batarya bir çeşit sulu bataryadır. Güç üretimi dışarıdan bir tankla sistemin içine akışkan (veya bir karışım) pompalanmasıyla gerçekleşiyor. Bir tankta hareket halinde bulunan vanadyum V5+ iyonları bulunurken diğer tankta ise tamamen farklı bir vanadyum iyonu tutuluyor V2+.Enerjiye ihtiyaç duyulduğu zaman, pompalar hareket ediyor ve çözelti içerisine iyon hareketi başlıyor ve tank içerisindeki yığılmadan dolayı kimyasal reaksiyon oluşuyor ve elektrik üretimi gerçekleşiyor. Batarya şarjda iken, elektrik vanadyum bataryaya gönderiliyor ve bu da başka bir tepkimeye sebep oluyor ve vanadyum iyonlarını şarj ediyor ve vanadyum iyonlarının orijinal hallerine geri döndürüyor. Vanadyum iyonları içerisinde elektrik enerjisi kimyasal enerji olarak depolanıyor. Ve vanadyum iyonları kendi tanklarına tekrar dönüyorlar. Elektrik ihtiyacı olana kadar da orada kalmaya devam ediyorlar. Böylece çevrim bu şekilde devam ediyor. Çözeltinin içerisindeki iyonlar üretilen elektrik enerjisinde bataryanın kapasitesini sınırlıyor. Vanadyum bataryaların çözeltilerinde geleneksel olarak saf sülfürik asit kullanılıyor; fakat sülfürik asit çok fazla vanadyum iyonunu absorbe ediyor.

Diğer bir dezavantaj ise sülfürik asit temelli Vanadyum bataryaların çalışma sıcaklıkları 10 ile 400C derece arasıdır. Bu sıcaklıkların altında vanadyum iyonları sülfürik asit içerisinde kristalize oluyorlar. Daha yüksek bir sıcaklık değerinde istenmeyen bir katı form ortaya çıkıyor ve batarya kullanılmaz hale geliyor. Araştırmacıların notlarında sıcaklığı düzene sokmak ve belli bir aralıkta tutabilmek için soğutma suyu kullanılması ve bunun da sistemde %20 dolaylarında enerji kaybı getirdiğini ve bataryanın maliyetini önemli ölçüde arttığı bilgisini görüyoruz.

Bataryanın performansının geliştirilmesini beklerken, Li ve meslektaşları yeni bir elektrot çözeltisi araştırmaya başladılar. Saf hidroklorik asit çözeltisi denediler; fakat vanadyum iyonlarının istenmeyen bir katı yapıya dönüştüklerini gözlemlediler. Bir sonraki deneylerinde hidroklorik asit ve sülfürik asit ikilisinin çeşitli oranlarda karışımları denediler. PNNL bilim adamları ideal dengeyi buldular, 6 birim hidroklorik asit, 2.5 birim sülfürik asit ve solüsyon içerisindeki vanadyum iyonlarını nükleer manyetik rezonans aletleriyle göstererek kanıtladılar.

Testler bu karışımın %70 daha fazla vanadyum iyonunu tuttuğunu ve bataryanın elektrik kapasitesinin %70 arttığını gösterdi. Aynı enerjiyi sağlamak için daha ufak boyutlu tank kullanılabileceği keşfedilmiş oldu. Bu yeni karışım bataryanın daha soğuk ve daha sıcak değerlerde çalışmasına imkan sağladı. Bu karışım sayesinde sistem -5 ile 500C derece arası çalışabilir duruma geldi ve bunun sayesinde soğutma sistemi için gereken masraf azaltılmış oldu. Oda sıcaklığında bu yeni karışımlı batarya 20 gün içinde eski tip solüsyonlu bataryalardaki gibi %87 enerji verimliliği sağladı.

Yazar notunda sonuçların umut verici olduğu ama daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulduğunu söylüyor.Güç üretimi arttırılabilir ve daha düşük maliyetlerde bu sağlanabilir.

Kaynak: DOE / Pacific Northwest National Laboratory

Giray Eşref KIRAL