Rethinking zinc-air flow batteries for stationary energy storage

For å nå Europas nullutslippsmål innen 2050 midt i energikrisen utløst av Russlands invasjon av Ukraina, fremskynder Europa overgangen til fornybar energi. Dette skiftet krever økt fokus på langvarig energilagring (LDES) for å sikre pålitelig strømforsyning, robusthet i nettet og kostnadsreduksjoner. Flytbatterier er en lovende teknologi for å møte behovene til energilagring i strømnettet. Teknologien omfatter to elektrolyttanker, pumper og en cellestakk hvor kjemiske reaksjoner finner sted, og involverer utveksling av elektroner mellom to elektrolytter atskilt av en ionebyttermembran. Energikapasiteten kan økes enkelt ved å øke størrelsen på elektrolyttankene, noe som gjør dem egnet for både små- og strømnettskalaapplikasjoner. Men selv om flytbatterier har lenger utladningsvarighet (12 timer) enn Li-ion-batterier (vanligvis 4-6 timer), kan ikke kapasiteten oppfylle kravene til LDES (> dager). Nye måter å utnytte flytbatterier på kan vise seg som en nøkkel til den "hellige gral" innen energilagring. ReZinc vil redesigne og utvikle nye driftsmetoder av konvensjonelle metall-luft flytbatterier ved å utvikle og demonstrere på laboratorieskala (TRL 4) et helt nytt redoks-mediert sink-luft flytbatteri. Dette vil bruke ZnO/Zn som en lagringsvektor for elektrisitet ved bruk av elektrokjemiske mediatorer for ladningstransport i batteriet. En banebrytende redoks-mediert strategi for forbedrede ladningstransport brukes for å oppnå det første dendritt-frie metallbaserte flytbatteriet. I tillegg vil bruken av ikke-giftige og ikke-korrosive materialer, som vanadium, være en stor fordel. Kontroll av metall/metalloksid-redoksreaksjonen i det negative reservoaret og eliminering av elektropletteringsprosessen inne i cellen vil muliggjøre langvarig utladning (> dager) og langvarig lagring (måneder), med påfølgende kommersialisering av den første bærekraftig og økonomisk levedyktige elektrokjemiske energilagringsteknologien for LDES-applikasjoner.

The penetration of renewable energies into the electric grid increases the demand for energy storage to ensure reliable power supply, grid resiliency, and cost reductions. Long-duration and long-term energy storage can bridge the intermittency of renewable sources and reduce the risks incurred by diminished fossil-fuel baseload generation. Electrochemical energy storage (EES), or Li-ion batteries, are considered for short-duration energy storage (4-6 hours). When talking about seasonal storage, chemical energy storage (CES) could potentially be the preferable option because of the long-discharge duration sustained and the relatively long lifetime. However, low round trip efficiency, and the problems associated with direct incorporation of hydrogen into the gas grid and/or the combustion of fossil fuels can still be a challenge. The goal of ReZinc is to fill the gap between short-term EES and long-term CES by developing and demonstrating at lab-scale (TRL 4) a completely new zinc-air flow battery technology with a round trip DC efficiency = 70%, daily self-discharge < 0.1%, expected lifetime = 10 years (or 10’000 cycles). A disruptive redox-mediated strategy for enhanced charge transfer processes is employed with the goal of confining the Zn/Zn2+ redox reaction in the negative reservoir (filled with a semi-solid zinc solution) and eliminating the electroplating process inside the cell (no dendrites) to improve battery lifetime. This will allow discharge times beyond days, contrary to conventional zinc-based batteries where long discharge is hampered by the formation of a cm-thick zinc anode. If successful, the technology has disruptive potential in terms of both extremely low levelized-cost-of-storage (<0.5 €/kWh/cycle, based on 100 kW/1000 kWh system, 1 week discharge duration), extended storage time, recyclability, and use of non-critical-raw-materials. An innovative concept design of the cell (including tanks) will be conceived for demonstration of the technology.