Cellulosebaserte membraner i vanadium strømningsbatteri
Bachelor thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3075842Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
Sammendrag
Ettersom bruken av intermitterende energikilder har økt de siste årene, har behovet for å kunne lagre denne energien til senere bruk også økt. For å kunne oppnå dette har utvikling av nye batteriteknologier eksplodert i nyere tid, noe som ledet til oppdagelsen av vanadium strømningsbatteri (VRFB). En av problemene med VRFB er at den er avhengig av membraner som ofte står for en betydelig del av den totale kostnaden for hele batterisystemet. I den sammenheng ble en nyutviklet cellulosebasert membran (Cellfion HPW) testet og sammenlignet med mer etablerte alternativer (Nafion 212 og Fumasep FAP 450). Fordelen med cellulosebaserte membraner er at de har lav kostnad, er biologisk nedbrytbare og kan utvinnes fra lett-tilgjengelige naturlige kilder.
For å sammenligne de ulike membranene ble det gjennomført opp- og utladningssykluser med potensiostat, der batterikapasitet og effektivitet ble regnet ut. For å se på væskeopptaket ble membranene veid før og etter forsøket. Testene viste at Cellfion HPW hadde lavere gjennomsnittlig coulombsk-, energi- og spenningseffektivitet enn både Nafion 212 og Fumasep FAP 450. Det ble vist at Fumasep FAP 450 hadde det høyeste væskeopptaket, mens Nafion 212 hadde det laveste. Resultatene fra forsøket ble sammenlignet med annen publisert forskning innenfor fagfeltet, og det foreslås videre arbeid for å skaffe enda mer kunnskap. For videre tester blir det anbefalt å bruke et større elektrolyttvolum, ta i bruk hydraulisk shunt for å regulere væskenivået i reservoarene, og gjennomføre flere paralleller for å finne ut hvordan de ulike parameterne som strømningshastighet og strømtetthet spiller inn på ytelsen til batteriet. As the use of intermittent energy sources has increased in recent years, the need to be able to store this energy for later use has also increased. To fulfill this need, the development of new battery technology has exploded and resulted in the discovery of the vanadium redox flow battery (VRFB). One of the problems with the VRFB is that it relies on membranes which often account for a significant part of the total cost of the entire battery system. To find a possible solution to this problem, a newly developed cellulose-based membrane (Cellfion HPW) has been tested and compared with more established alternatives (Nafion 212 and Fumasep FAP 450). The advantage of cellulose-based membranes is their low cost, that they are biodegradable and can be extracted from readily available natural sources.
In order to compare the various membranes, charge-/discharge cycles were carried out with a potensiostat, where the battery capacity and the efficiency were calculated. To look at the liquid uptake, the membranes were weighed before and after the experiment. The tests showed that Cellfion HPW had lower average coulombic, energy and voltage efficiencies than both Nafion 212 and Fumasep FAP 450. Fumasep FAP 450 showed the highest liquid uptake, while Nafion 212 had the lowest. The results from the experiment were compared with other published research within the field, and further work is proposed to obtain even more knowledge. For further tests, it is recommended to use a larger electrolyte volume, use a hydraulic shunt to regulate the liquid levels in the reservoirs, and carry out several parallels to find out how the various parameters such as flow rate and current density affect the performance of the battery.