Un tipo di batteria a flusso redox è la batteria a flusso redox al vanadio. È il più sofisticato sistema di flusso redox. È anche chiamato All Vanadium Battery.
Una batteria a flusso redox è costituita da un'unità di potenza, detta anche convertitore di energia, un'unità di controllo e un sistema di serbatoi di elettroliti con uno o più elettroliti. I sali sono disciolti negli elettroliti. La sezione di potenza è costituita da una o più celle elettrochimiche. Ogni singola cella è composta da due elettrodi e da una membrana conduttrice di ioni. Tra di loro scorrono elettroliti che fungono da mezzo di immagazzinamento. Sono disponibili in forma liquida a temperatura ambiente. Gli elettroliti vengono immagazzinati in serbatoi esterni e pompati attraverso le celle.
Gli elettroliti fluiscono attraverso le celle elettrochimiche per la conversione dell'energia. Una cella elettrochimica è composta da due mezze cellule. Le semicelle sono costituite ciascuna da un elettrodo e da un percorso di flusso per gli elettroliti e sono separate l'una dall'altra da una membrana a conduzione ionica. L'elettrodo è solitamente costituito da grafite e materiali compositi. Un elettrolita positivo, chiamato anche catolita, scorre attraverso una delle due semicellule ad un elettrodo. Un elettrolita negativo, chiamato anche anolita, scorre attraverso l'altra mezza cella ad un elettrodo. Gli ioni dei sali disciolti nei due elettroliti vengono scambiati attraverso la membrana. Questo cambia la valenza degli ioni del rispettivo sale. I catalizzatori sono talvolta utilizzati per accelerare la reazione. Dopo la reazione, gli elettroliti esausti vengono pompati nuovamente nei serbatoi e, se necessario, possono essere sostituiti. Quando la batteria a flusso redox viene ricaricata, il processo viene invertito.
Nel sistema di flusso redox del vanadio puro, il vanadio negli elettroliti è presente disciolto in acido solforico acquoso in diversi stati di ossidazione. Il vanadio è disponibile negli stati di ossidazione +2, +3, +4 e +5, in modo da poter utilizzare due diversi elettroliti a base di vanadio. Di solito si usa una coppia V(II)/V(III) redox ad un elettrodo e una coppia V(IV)/V(V) redox all'altro elettrodo. Gli elettroliti sono separati da un separatore permeabile agli ioni.
Quando la batteria è scarica, l'energia chimica viene convertita in energia elettrica. La concentrazione di ogni forma ionica dell'elettrolita di vanadio cambia. Dopo la reazione, gli elettroliti spesi ritornano nei serbatoi di stoccaggio.
Pertanto non si verifica alcun danno quando gli ioni vanadio attraversano la membrana. Gli elettroliti non sono contaminati dal crossover.
Le batterie a flusso redox al vanadio funzionano a temperatura ambiente e raggiungono una tensione nominale da 1,15 V a 1,55 V per cella. I sistemi stazionari a flusso di vanadio redox sono utilizzati per il livellamento del carico, negli impianti fotovoltaici e nei sistemi di alimentazione di emergenza. Tuttavia, la tecnologia non è ancora matura.
vanadium redox-flow battery