이상한 에너지 저장 솔루션은 그리드를 재생 가능하게 만드는 데 도움이 될 수 있습니다

Aug 09, 2023

우리 모두는 배터리에 대해 잘 알고 있습니다. TV 리모컨의 일회용 AA에 대해 이야기하든, 그리드용 전력을 저장하기 위한 충전식 셀로 가득 찬 거대한 시설에 대해 이야기하든, 이는 우리 일상생활의 일부이며 잘 알려져 있습니다.

그러나 그리드 저장 목적으로 에너지를 저장하는 새로운 기술이 곧 등장할 예정이며 이는 우리가 익숙했던 일반 배터리와는 매우 다릅니다. 이러한 기술은 항상 이용할 수 없는 태양광, 풍력과 같은 재생 에너지원을 최대한 활용하는 데 핵심입니다. 이러한 아이디어 중 일부를 살펴보고 이것이 우리가 "배터리"라고 생각하는 것을 어떻게 근본적으로 변화시키는지 살펴보겠습니다.

일반적으로 우리가 사용하는 배터리는 내부에 전해질이 들어 있고 전극 사이에 끼워진 금속 또는 플라스틱 케이스로 구성됩니다. 일반적으로 전해질은 페이스트나 젤 형태로 되어 있으며 모든 의도와 목적에 따라 배터리는 내부가 끈적끈적하더라도 일반적으로 단단한 물체로 생각됩니다.

철 흐름 배터리는 완전히 다른 방식으로 작동합니다. 그들은 전기를 생성하기 위해 필요에 따라 배터리에 펌핑되는 액체 전해질을 사용합니다. 전해질은 일반적으로 염화철이나 황산철과 같은 수용액 형태의 철 이온으로 구성됩니다.

일반적인 전극 재료는 양극과 음극 모두 탄소이며, 배터리는 사이에 다공성 분리막이 있는 두 개의 반쪽 셀로 구성됩니다. 배터리가 충전됨에 따라 철(II) 이온은 양극 반전지에서 산화되어 전자를 포기하고 철(III) 이온이 됩니다. 음극 반전지에서 철(II) 이온은 전자를 얻어 철(0)이 되고, 금속 철은 음극 자체에 도금됩니다. 배터리가 부하로 방전되면 이러한 반응은 역으로 진행되어 음극 반전지 전극의 금속이 용액으로 되돌아갑니다.

철 흐름 배터리는 확장이 가능하다는 이점이 있습니다. 더 큰 탱크와 더 큰 셀을 쉽게 제작할 수 있으며, 이는 많은 메가와트시 에너지를 저장하려는 그리드 애플리케이션에 이상적입니다. 더 큰 이점은 10,000~20,000사이클로 측정되는 철 흐름 배터리의 사이클 수명입니다. 이는 대부분의 리튬 이온 전지보다 훨씬 더 나은 수준이며 철 흐름 배터리의 작동 수명은 대략 10~20년 또는 그 이상입니다.

관련된 화학 물질도 저렴하고 쉽게 구할 수 있습니다. 철과 그 염은 전 세계 거의 모든 곳에서 쉽게 구할 수 있습니다. 고급 리튬 이온 전지 생산의 핵심인 고급 희토류 금속에 대한 요구 사항은 거의 없습니다. 또한 사용된 화학 물질도 안전합니다. 철 흐름 배터리에는 다른 기술처럼 폭발하거나 불이 붙을 수 있는 물질이 실제로 없습니다.

그러나 철 흐름 배터리에는 몇 가지 단점이 있습니다. 이 기술에는 리튬 이온 배터리의 전력 밀도가 없기 때문에 동일한 전력을 전달할 수 있는 배터리를 구축하려면 더 많은 공간이 필요합니다. 또한 음극의 도금 반응으로 인해 철 흐름 배터리는 다른 이론적 설계만큼 확장되지 않습니다. 다른 흐름 배터리는 에너지를 계속 생산하기 위해 더 많은 전해질만 필요하며, 이와 관련하여 전극의 크기는 중요하지 않습니다. 또한, 이 기술은 전기 에너지를 화학적 의미로 직접 저장하지만, 철 흐름 배터리는 적절한 토지를 사용할 수 있다고 가정할 때 일반적으로 수력 펌프 저장 장치보다 효율성이 낮습니다. 그러나 고급 수력 발전 저장 방법은 이러한 요구 사항에 대응할 수 있습니다.

오늘날 기업들은 실제 적용을 위한 기술을 개발하고 있습니다. ESS와 같은 회사의 배송 컨테이너 크기 플로우 배터리는 최대 500kWh의 용량을 제공하며, 출력은 12시간 동안 수십 가구에 전력을 공급할 수 있을 만큼 높습니다. 여러 장치를 단일 설치로 쌓으면 필요에 따라 용량이 확장됩니다. 이는 4~24시간 정도의 에너지를 저장하는 소위 "장기" 저장 시장을 목표로 하고 있습니다. 따라서 어두운 밤 시간에 사용하기 위해 일일 태양 피크 동안 에너지를 저장하는 것과 같은 사용 사례에 이상적입니다.