Çözelti ile çalışan akülerdeki yenilikleri keşfedin. Bir akış pili, geleneksel bir pil ile bir yakıt hücresi tekniği ile melezlenmiş bir elektrik depolama cihazıdır. (Bkz. Piller-210: Yakıt Pili Nasıl Çalışır?) Metalik tuzlardan oluşan sıvı elektrolit arasında bir zarla ayrılmış, pozitif ve negatif elektrottan oluşan bir çekirdekten pompalanır. Katot ve anot arasında meydana gelen iyon değişimi elektrik üretir.

Ticari akış pillerinin çoğu elektrolit olarak vanadyum tuzu ile asit sülfür kullanır; elektrotlar ise grafit bipolar plakalardan yapılmıştır. Vanadyum ise korozyonu kontrol altında tutmak için kullanılan birkaç aktif maddeden biridir.

Yakıt hücrelerinde de kullanılan platin gibi değerli metalleri içeren akış pilleri denenmiştir. Halen bu pilleri düşük maliyetli ve kolayca bulunabilen malzemelerden üretebilmek için araştırmalar devam ediyor.

Elektrolit akışını sağlamak için pompalar ile desteklenen akış pilleri, 20kWh’nin üzerindeki bir boyutta en iyi performansı gösterir. 10.000’den fazla tam döngü sağladıkları ve yaklaşık 20 yıl boyunca etkin oldukları söyleniyor. Her hücre 1,15–1,55 volt üretir; istenen voltaj seviyelerini elde etmek için seri olarak bağlanırlar.

Akü, kurşun asidi andıran yaklaşık 40Wh/kg’lık bir özgül enerjiye sahiptir. Yakıt hücresine benzer şekilde, güç yoğunluğu ve hızlanma hızı orta düzeydedir. Bu yapısı pili toplu enerji depolama için en uygun hale getirir; elektrikli güç aktarma organları ve hızlı işlem gerektiren yük dengeleme uygulamaları için ise daha az uyumludur.

Pilde kullanılan elektrolit tanklarda depolanır. Enerji yoğunluğunu artırmak için, yeni bir sisteme kıyasla tahmini maliyet artışında yalnızca yüzde 50’lik bir tahmini maliyet artışıyla hazır depolama tankları kullanılarak tank boyutları iki katına çıkarılabilir.

Pil değiştirilirken elektrolit yeniden kullanılabilir, bu da maliyetten daha fazla tasarruf sağlar. Sorunlu olan alan ise aşınmaya meyilli ve pahalı olan membranlardır ama günümüzde bazı katkı maddelerinin bu sorunu çözdüğü söyleniyor. Şekil 1, akış pili konseptini göstermektedir.

Şekil 1: Akış Pili. Elektrolit tanklarda depolanır ve elektrik üretmek için çekirdekten pompalanır; şarj işlemi ters işlemdir. Elektrolit hacmi pil kapasitesini yönetir.

Vanadyum periyodik tablodaki 23. elementtir ve Çin, Rusya ve Güney Afrika’da çıkarılmaktadır. Güneşi en çok gören ABD eyaleti olan Nevada, yakında ağır oksitlenmiş ve ufalanmış kaya halinde vanadyum ile yeni bir kaynak olarak katkıda bulunabilir.

Şu anda düşük dereceli vanadyumun yüzde 90’ı çeliği güçlendirmek için katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Batarya bilimciler, madencilik şirketleri ve politikacılar, vanadyumun “yeşil enerji” için stratejik bir metal haline gelmesinden heyecan duyuyorlar.

RWTH, Aachen, Almanya’ya (2018) göre, akış pilinin maliyeti kWh başına yaklaşık 350 $’dır.

Daha kesin bir maliyet tahmini için akış pili, güç maliyeti ve enerji maliyeti olarak iki bölümde değerlendirilir. Kullanılan yığınlar, pompalar, borular ve güç elektroniği güç maliyetini bazı durumlarda 1.500 $/kW’ın üzerine çıkarabilir. Tanklar ve elektrolitten oluşan enerji maliyeti 300$/kWh’nin biraz üzerindedir.

100kWh’yi aşan büyük ölçekli akış pilleri 1996’dan beri Japonya’da kullanılmaktadır. En büyük mevcut kurulumlardan bazıları birkaç Megawatt kapasiteye sahiptir ve frekans düzenlemesi için Japonya’da 60MWh gibi büyük bir güç sağlayacak için bir akış pili kurulmaktadır.

Günümüzde maliyet azaltma ve boyut küçültme yönünde araştırma ve çalışmalar aralıksız devam ediyor. Daha yeni sistemlerde bir kimyasal tesise benzeyen devasa bir pil inşa etmek yerine, istiflenebilen, tipik olarak 250 kWh’lik konteyner boyutlarında piller üretiliyor. Modern akış pilleri de Avrupa’da de yaygınlaşıyor.

Titanyum klorür akışlı pil için ilk patent Temmuz 1954’te verildi. Günümüzün vanadyum redoks pili ise 1986’da Avustralya’daki New South Wales Üniversitesi tarafından patentlendi. “Redoks” terimi, indirgeme ve oksidasyonun “elektron transferi” nden gelir.