ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΚΩΝ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ ΒΑΝΑΔΙΟΥ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗΣ

Transcript

1 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΚΩΝ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ ΒΑΝΑΔΙΟΥ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗΣ Μ. Τσίλη 1, Α. Κλαδάς 1, Μ. Σκυλλά-Καζάκου 2 1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος Ηρώων Πολυτεχνείου 9, Αθήνα Τηλ , Fax kladasel@central.ntua.gr 2 University of New South Wales School of Chemical Engineering and Industrial Chemistry UNSW Sydney NSW 2052 Τηλ. +61 (2) , Fax +61 (2) M.Kazacos@unsw.edu.au Περίληψη Αντικείμενο της εργασίας είναι η διερεύνηση της χρήσης πρωτοτύπου συσσωρευτή υψηλής ενεργειακής αποθήκευσης νέας γενιάς σε συστήματα ηλεκτροκίνησης. Ειδικότερα, αναφέρεται σε συσσωρευτές τύπου Redox Flow Battery-RFB, και συγκεκριμένα σε συσσωρευτές τύπου VRB (Vanadium Redox Battery μπαταρίες οξειδοαναγωγής βαναδίου). Πρόκειται για συσσωρευτές ειδικού τύπου που παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τους υφιστάμενους τύπους μπαταριών και τις κυψέλες καυσίμου, των οποίων η ανάπτυξη αποτελεί αντικείμενο εκτεταμένης έρευνας, και προοιωνίζονται κατάλληλοι για χρήση σε συστήματα ηλεκτροκίνησης. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα συστήματα ηλεκτροκίνησης και ειδικότερα τα ηλεκτρικά οχήματα βρίσκονται στο επίκεντρο του ερευνητικού ενδιαφέροντος τις τελευταίες δεκαετίες, καθώς καλούνται να λύσουν τα προβλήματα μόλυνσης του περιβάλλοντος τα οποία προκαλούνται από τις εκπομπές ρύπων των κλασικών βενζινοκίνητων οχημάτων. Η ανάγκη αντιμετώπισης αυτών των περιβαλλοντικών προβλημάτων έχει ευνοήσει σημαντικά την ανάπτυξη συστημάτων ηλεκτροκίνησης νέας γενιάς για μετακινήσεις μέσα σε αστικά κέντρα. Τα κύρια εξαρτήματα ενός ηλεκτρικού οχήματος περιλαμβάνουν τη διάταξη αποθήκευσης ενέργειας, τον ηλεκτρικό κινητήρα και το σύστημα οδήγησής του και το σύστημα μετάδοσης της κίνησης. Τα ηλεκτρικά οχήματα είναι η μόνη επιλογή οδικής μετακίνησης με πρακτικά μηδενική εκπομπή ρύπων, και η σχεδίασή τους έχει εξελιχθεί από απλή μετατροπή των οχημάτων με μηχανές εσωτερικής καύσης σε πλήρως αυτόνομη και διαφορετική τεχνολογία, έτοιμη για μαζική παραγωγή. Πολλές αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν αναπτύξει ηλεκτρικά οχήματα, βασισμένα σε διάφορες τεχνολογίες, χρησιμοποιώντας εξαρτήματα τα οποία μπορούν να δώσουν ισοδύναμες ή ανώτερες επιδόσεις και αξιοπιστία σε σύγκριση με τα οχήματα που χρησιμοποιούν μηχανές εσωτερικής καύσης. Είναι ωστόσο γνωστό ότι η μεγαλύτερη αδυναμία των ηλεκτρικών οχημάτων είναι το σύστημα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας. Οι μεγάλες απαιτήσεις αυτονομίας των οχημάτων και κατά συνέπεια η ανάγκη ακριβούς επιτήρησης της κατάστασης φόρτισης (State of Charge SOC) των μπαταριών σε συνδυασμό με την αναμενόμενη διάρκεια ζωής τους, είναι τα βασικά μειονεκτήματα τα οποία δυσχεραίνουν την είσοδο και εξάπλωση τους στην αγορά. Για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αποθήκευσης ενέργειας στα ηλεκτρικά οχήματα, έχουν αναπτυχθεί από διάφορους κατασκευαστές υβριδικά ηλεκτρικά οχήματα, τα οποία συνδυάζουν ηλεκτρικούς κινητήρες και μηχανές εσωτερικής καύσης. Τα οχήματα αυτά δε στηρίζονται αποκλειστικά στις μπαταρίες για πρωτογενή αποθήκευση ενέργειας, καθώς μπορούν να λειτουργήσουν και με χρήση καυσίμου, με το οποίο μπορούν εύκολα να ανεφοδιαστούν. Έτσι, εμφανίζουν σημαντικό πλεονέκτημα έναντι των απλών ηλεκτρικών οχημάτων: δεν απαιτούν ειδική υποδομή φόρτισης, αφού οι μπαταρίες τους μπορούν να φορτισθούν και από τη μηχανή εσωτερικής καύσης. Βεβαίως, όπως και τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να επιτύχουν σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας μέσω αναγεννητικής πέδησης. Η διαδικασία αυτή στηρίζεται στην αντιστροφή της λειτουργίας του ηλεκτρικού κινητήρα σε γεννήτρια με το πάτημα του φρένου, μετατρέποντας την κινητική ενέργεια του οχήματος σε ηλεκτρική αντί της διάχυσής της σε θερμότητα. Παρουσιάζουν ωστόσο και ορισμένα μειονεκτήματα: όπως τα συμβατικά οχήματα, έτσι και τα υβριδικά οχήματα είναι (σε μικρότερο βέβαια βαθμό) ρυπογόνα ενώ καθώς μεγαλώνει η διάρκεια ζωής τους και ιδιαιτέρως όταν δεν συντηρούνται κατάλληλα μπορεί να αυξηθεί σημαντικά η εκπομπή ρύπων. Επιπλέον, είναι πιο περίπλοκα από τα συμβατικά οχήματα ενώ έχουν παρόμοια αξιοπιστία και προβλήματα συντήρησης με αυτά

2 Προς το παρόν υπάρχει σημαντικό χάσμα στην παραγωγή ηλεκτρικών οχημάτων μεταξύ των βιομηχανιών στην Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ και οι ερευνητικές προσπάθειες εστιάζονται σε υβριδική σχεδίαση και ανάπτυξη νέου τύπου μπαταριών. Ωστόσο, καθώς η ανάγκη για μείωση της εκπομπής ρύπων και εξοικονόμηση ενέργειας παραμένει επιτακτική, το ερευνητικό πεδίο γύρω από τα συστήματα ηλεκτροκίνησης διευρύνεται διαρκώς, οδηγώντας στην ανάπτυξη νέων, πολλά υποσχόμενων τεχνολογιών. 2. ΣΥΣΤΉΜΑΤΑ ΑΠΟΘΉΚΕΥΣΗΣ ΕΝΈΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΗΛΕΚΤΡΙΚΆ ΟΧΉΜΑΤΑ Η επιλογή του συστήματος μπαταριών ενός ηλεκτρικού οχήματος είναι ζωτικής σημασίας, καθώς πρέπει να συνδυάζει υψηλές επιδόσεις και μεγάλη αξιοπιστία. Το πρώτο χαρακτηριστικό περιλαμβάνει την αυτονομία και την παραγόμενη ισχύ του οχήματος, ενώ το δεύτερο προϋποθέτει μεγάλη διάρκεια ζωής, μικρές απαιτήσεις συντήρησης και υψηλό βαθμό ασφάλειας. Για να επιτευχθούν οι παραπάνω στόχοι, το σύστημα μπαταριών πρέπει να συνδυάζει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά, [1-3]: υψηλή πυκνότητα ενέργειας και ισχύος εξόδου, μεγάλη διάρκεια ζωής, υψηλή απόδοση φόρτισης-εκφόρτισης, μεγάλο εύρος λειτουργίας μεταξύ χαμηλών και υψηλών θερμοκρασιών, πολύ χαμηλό ρυθμό αυτό-εκφόρτισης, καλή χαρακτηριστική φορτίου, καλά χαρακτηριστικά θερμοκρασίας αποθήκευσης, χαμηλή εσωτερική αντίσταση, απουσία φαινομένων «μνήμης» (επίδρασης των προηγούμενων φορτίσεων εκφορτίσεων στην απόδοση της μπαταρίας), γρήγορη φόρτιση, υψηλό βαθμό απόδοσης, μεγάλη αξιοπιστία, χαμηλό κόστος, δυνατότητα ανακύκλωσης. A. Κλασικοί τύποι μπαταριών Από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 οι πιο διαδεδομένοι διαθέσιμοι τύποι μπαταριών για συστήματα ηλεκτροκίνησης είναι, [4]: μολύβδου-οξέος (Lead Acid, Pb-PbO 2), ψευδαργύρου-μαγγανίου (Zinc Maganese, ZnMn), νικελίου-καδμίου (Nickel Cadmium, NiCd). Από τους παραπάνω τύπους, η μπαταρία μολύβδου-οξέος είναι η πλέον ώριμη τεχνολογία, καθώς χρησιμοποιείται ήδη από τις προηγούμενες δεκαετίες, παρέχει ωστόσο μέτρια διάρκεια ζωής και χαμηλή πυκνότητα ενέργειας, [5]. Γενικότερα, οι μπαταρίες μολύβδου οξέος αποτελούν τον πλέον διαδεδομένο ηλεκτροχημικό σύστημα αποθήκευσης ενέργειας. Εάν και η φυσική αρχή λειτουργίας τους δεν είναι καινούρια, η έρευνα σχετικά με αυτές εξακολουθεί να εξελίσσεται καθώς τα περίπλοκα φαινόμενα τα οποία λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό τους δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητά, [6]. Έτσι, αν και η απόδοσή τους είναι γνωστή σε στατικές συνθήκες (σταθερό ρεύμα και θερμοκρασία), παρουσιάζει διαφορές στα ηλεκτρικά οχήματα όπου το ρεύμα λειτουργίας παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Για τη διερεύνηση αυτής της απόδοσης έχουν προταθεί κατά καιρούς από τους ερευνητές διάφορα μοντέλα (αναλυτικά μοντέλα, μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων, ισοδύναμα ηλεκτρικά μοντέλα, [7, 8]) και πειραματικές διαδικασίες στηριζόμενες σε μετρήσεις τάσης, σύνθετης αντίστασης και χημικής ποσοτικής ανάλυσης, [9]. H μπαταρία ψευδαργύρου-μαγγανίου παρέχει επίπεδα μέγιστης ισχύος εξόδου και διάρκειας ζωής τα οποία είναι ανεπαρκή για εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων, [10, 11]. Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς σε ηλεκτρικά οχήματα, [12, 13]. Το βάρος τους είναι πολύ μικρότερο από το αντίστοιχο των μπαταριών μολύβδου-οξέος και παρέχουν υψηλή διάρκεια ζωής, έως και 2000 κύκλους λειτουργίας, είναι ωστόσο σχετικά ακριβές. B. Προηγμένα συστήματα μπαταριών - 2 -

3 Οι πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία των μπαταριών δημιουργούν τις προϋποθέσεις για εκ νέου σχεδιασμό και περαιτέρω εξάπλωση των ηλεκτρικών οχημάτων. Την τελευταία δεκαετία έχει σημειωθεί σημαντική πρόοδος στην τεχνολογία των μπαταριών. Οι πιο πρόσφατες εξελίξεις στην τεχνολογία των μπαταριών έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη και χρήση των παρακάτω τύπων, [14, 15]: νικελίου μετάλλου υβριδίου (Nickel Metal Hybride, NiMH) λιθίου-ιόντων (Lithium Ion, Li-Ion) λιθίου πολυμερών μετάλλου (Lithium Metal Polymer, Li-MP) χλωριδίου μεταλλικού νατρίου (Sodium Metal Chloride, Zebra ) νικελίου ψευδαργύρου (Nickel Zinc, NiZn), βρομιδίου ψευδαργύρου (Zinc Bromine). Οι εναλλακτικές λύσεις τύπου νικελίου μετάλλου υβριδίου και λιθίου-ιόντων δίνουν πολύ ικανοποιητικές επιδόσεις για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Οι μπαταρίες νικελίου μετάλλου υβριδίου χρησιμοποιούνται σε μεγάλο εύρος εργαλείων, υπολογιστών και φορητών συσκευών, ενώ πολλές μεγάλες βιομηχανίες τις ενσωματώνουν στην κατασκευή υβριδικών οχημάτων και η χρήση τους στα οχήματα αυτά έχει δώσει ελάχιστη διάρκεια ζωής μιλίων. Οι μπαταρίες τύπου λιθίου ιόντων παρέχουν καλύτερα χαρακτηριστικά ενέργειας και πυκνότητας ισχύος και είναι ευρέως αποδεκτές σε εφαρμογές όπου το μέγεθος, το βάρος και η απόδοση είναι ζωτικής σημασίας. Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες τύπου λιθίου-ιόντων (Lithium Ion, Li-Ion) έχουν κερδίσει έδαφος σε σχέση με μπαταρίες νικελίου, καθώς τα χαρακτηριστικά τους είναι ιδιαίτερα ελκυστικά. Τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματά τους είναι η μεγαλύτερη τάση στοιχείου (αναλογία 3:1, σε σχέση με την τεχνολογία νικελίου) και η μεγάλη πυκνότητα ενέργειας (αναλογία περίπου ίση με 2:1). Άλλα ευνοϊκά χαρακτηριστικά είναι ο πολύ χαμηλός ρυθμός αυτό-εκφόρτισης (περίπου 1:4 σε σχέση με την τεχνολογία νικελίου) και η απουσία του φαινομένου «μνήμης». Ωστόσο, οι μπαταρίες λιθίου-ιόντων έχουν μικρότερη αντοχή σε κατάχρηση απ ότι οι αντίστοιχες μπαταρίες νικελίου. Η υπερφόρτιση και υπερεκφόρτιση μειώνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής τους. Επιπλέον, ανάλογα με τον τύπο της καθόδου του στοιχείου, η υπερφόρτιση μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση, παραγωγή αναθυμιάσεων ή ακόμη και έκρηξη της μπαταρίας. Η τάση υπερφόρτισης απέχει σε μικρό ποσοστό από την επιθυμητή τάση πλήρους φόρτισης, δημιουργώντας έτσι ανάγκη συνεχούς και ακριβούς επιτήρησης της τάσης κατά τη φόρτιση, έτσι ώστε να είναι δυνατή η διάκριση μεταξύ των δύο αυτών καταστάσεων, [16]. Οι μπαταρίες χλωριδίου μεταλλικού νατρίου, γνωστές και ως Zebra αποτελούν μία αναπτυσσόμενη τεχνολογία η οποία κάνει ακόμη τα πρώτα της βήματα στην αγορά. Πρόκειται για μπαταρία υψηλών θερμοκρασιών, η οποία σε αντίθεση με την παρόμοια σε χημική σύνθεση μπαταρία θειϊκού νατρίου, μπορεί να λειτουργήσει και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η χαμηλή θερμοκρασία έχει πολύ χαμηλή επίδραση στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας Zebra, η οποία είναι ίση με 1000 κύκλους λειτουργίας. Σε 120 Wh/kg, η ειδική ενέργεια αυτού του τύπου μπαταρίας είναι τετραπλάσια από αυτή των μπαταριών μολύβδου οξέος. Η χρήση μπαταρίας Zebra σε πραγματικές συνθήκες έχει δώσει εύρος λειτουργίας 75 μιλίων και αναμένεται να φτάσει σε 1250 κύκλους εκφόρτισης σε βάθος εκφόρτισης 80%. Οι μπαταρίες τύπου νικελίου ψευδαργύρου αναπτύσσονται κυρίως στη Γαλλία και τις ΗΠΑ. Το βασικό πρόβλημα το οποίο καλείται να αντιμετωπίσει η έρευνα στο πεδίο των μπαταριών αυτών είναι η ανάπτυξη δενδριτών στα ηλεκτρόδια ψευδαργύρου. Η εμπειρία χρήσης στοιχείων 12 V αυτού του τύπου έχει δώσει διάρκεια ζωής έως και 500 κύκλους με πλήρη εκφόρτιση και κύκλους με μικρότερο βάθος εκφόρτισης. Το βάρος τους είναι περίπου το μισό των αντίστοιχων μπαταριών μολύβδου οξέος. Ωστόσο, οι μπαταρίες αυτές είναι ακόμη σε στάδιο ανάπτυξης και η παραγωγή τους γίνεται σε μικρή κλίμακα. H μπαταρία βρομιδίου ψευδαργύρου, η οποία κατασκευάζεται στην Αυστραλία, αποτελεί επίσης μία ανερχόμενη τεχνολογία, καθώς συνδυάζει διάφορα ευνοϊκά χαρακτηριστικά όπως διπλάσια πυκνότητα ενέργειας από τη μπαταρία μολύβδου οξέος, χαμηλό κόστος, συγκρίσιμο με αυτό της μπαταρίας μολύβδου οξέος, μεγάλη διάρκεια ζωής, έως και 2500 κύκλους λειτουργίας και δυνατότητα ανακύκλωσης. Τα χαρακτηριστικά αυτά την καθιστούν κατάλληλη για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα. Παρουσιάζει ωστόσο χαμηλή πυκνότητα ισχύος και υψηλή σύνθετη αντίσταση, γι αυτό και δε μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε οχήματα υψηλής απόδοσης όπου η μέγιστη ισχύς κατά την επιτάχυνση και επιβράδυνση μπορεί να είναι πολλαπλάσια της μέσης ισχύος και πρέπει να πληρούνται ταυτόχρονα οι προϋποθέσεις υψηλής πυκνότητας ενέργειας και ισχύος. Για την αντιμετώπιση ζητημάτων ασφάλειας λειτουργίας των μπαταριών, πρέπει να ενσωματώνονται σε αυτές κατάλληλα κυκλώματα προστασίας. Η ανάγκη αυτή είναι επιτακτικότερη στις μπαταρίες τύπου λιθίου-ιόντων, για τις οποίες προκύπτουν σοβαρότερα προβλήματα ασφάλειας κατά τη φόρτιση. Το κύκλωμα προστασίας βρίσκεται μέσα στη μπαταρία, ενώ συνήθως είναι ορατό στο χρήστη της. Σκοπός του είναι η επιτήρηση της τάσης των στοιχείων και η πρόληψη υπερφόρτισης ή υπερεκφόρτισης με ανοιχτοκύκλωση του στοιχείου το οποίο βρίσκεται εκτός των επιτρεπτών ορίων τάσης λειτουργίας. Παρέχει επίσης προστασία από υπερεντάσεις και βραχυκυκλώματα, επιτηρώντας το ρεύμα εκφόρτισης και διακόπτοντας το αντίστοιχο κύκλωμα όταν ξεπεραστεί μία προκαθορισμένη τιμή κατωφλίου. Κατά τη - 3 -

4 σχεδίαση ενός τέτοιου συστήματος προστασίας ο κατασκευαστής πρέπει να αντιμετωπίσει τις ακόλουθες πρακτικές δυσκολίες: διαστασιολόγηση του συστήματος με στόχο την εύκολη ενσωμάτωσή του στη μπαταρία, χαμηλή κατανάλωση ισχύος, έτσι ώστε να ελαχιστοποιείται η επίπτωσή του στη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ειδικότερα, η κατανάλωση του συστήματος προστασίας πρέπει να είναι πολύ μικρότερη από το ρυθμό εκφόρτισης της μπαταρίας. υψηλή ακρίβεια του κυκλώματος επιτήρησης της τάσης, έτσι ώστε να επιτρέπεται η πλήρης φόρτιση και να αποφεύγεται η εκφόρτιση. Οι ρυθμίσεις κατωφλίου πρέπει να είναι κατάλληλες, καθώς ένα πολύ χαμηλό κατώφλι υπερφόρτισης δε θα επιτρέψει στη μπαταρία να φορτιστεί πλήρως, μειώνοντας το χρόνο λειτουργίας μεταξύ των φορτίσεων. Αντίθετα, ένα υψηλό κατώφλι υπερφόρτισης μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή της μπαταρίας λόγω υπερφόρτισης, [17-19]. Για τη μεγιστοποίηση της ενέργειας που αποθηκεύεται στη μπαταρία είναι αναγκαία η εξισορρόπηση φορτίων των στοιχείων της, πρόβλημα το οποίο εμφανίζεται σε περιπτώσεις ανομοιομορφίας των στοιχείων λόγω εγγενών κατασκευαστικών διαφορών ή επαναλαμβανόμενων κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης. Το φαινόμενο αυτό αντιμετωπίζεται με την προσθήκη κυκλωμάτων εξισορρόπησης φορτίων σε κάθε στοιχείο. C. Χρήση κυψελών καυσίμου σε ηλεκτρικά οχήματα Η τελευταία δεκαετία χαρακτηρίζεται από αλματώδη ανάπτυξη της ερευνητικής δραστηριότητας στο πεδίο των κυψελών καυσίμου, δημιουργώντας έτσι τις προϋποθέσεις για υιοθέτησή τους στα συστήματα ηλεκτροκίνησης. Η βασική αρχή λειτουργίας των κυψελών καυσίμου είναι γνωστή εδώ και 150 χρόνια, ωστόσο, μια ποικιλία τεχνικών και οικονομικών προβλημάτων τις είχαν κρατήσει στο περιθώριο των τεχνολογικών εφαρμογών. Η διαφορά των κυψελών καυσίμου με τις μπαταρίες μπορεί να συνοψιστεί ως εξής: οι μπαταρίες αποθηκεύουν ενέργεια, ενώ οι κυψέλες καυσίμου μετατρέπουν απευθείας τη χημική ενέργεια του καυσίμου σε ηλεκτρική μέσω ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Μια κυψέλη καυσίμου υδρογόνου θα παράγει ενέργεια όσο της παρέχεται υδρογόνο και οξυγόνο. Η ίδια η κυψέλη δεν εκφορτίζεται ούτε εξαντλείται η ενέργειά της, όπως συμβαίνει με τις μπαταρίες. Σε ένα ηλεκτρικό όχημα με κυψέλη καυσίμου, η αποθήκευση γίνεται στη δεξαμενή καυσίμου, όπως στα συμβατικά οχήματα. Η αποθήκευση του υδρογόνου εγείρει διάφορα ζητήματα. Παρότι το υδρογόνο έχει υψηλή πυκνότητα ενέργειας (περίπου ίση με 150 megajoule ανά kg) είναι τόσο ελαφρύ που ένα λίτρο, πεπιεσμένο σε 35 megapascal (περίπου 350 ατμόσφαιρες) ζυγίζει μόνο 31 γραμμάρια και αποδίδει μόνο 4.4 megajoule. Αντίθετα, η βενζίνη έχει χαμηλότερη πυκνότητα ενέργειας (περίπου ίση με 50 megajoule ανά kg), αλλά ένα λίτρο της είναι ισοδύναμο με 30 megajoule. Ομολογουμένως, οι κυψέλες καυσίμου και οι ηλεκτρικοί κινητήρες είναι πιο αποδοτικοί από τις μηχανές εσωτερικής καύσης, ωστόσο, για να παρασχεθεί σε ένα ηλεκτρικό όχημα εύρος απόδοσης 500 km απαιτούνται 6 kg υδρογόνου. Συμπιεσμένο στα 35 Mpa, το υδρογόνο θα καταλάβει 200 λίτρα, ενώ με την προσθήκη των σωληνώσεων, βαλβίδων και συστημάτων ρύθμισης και συμπίεσης, ο απαιτούμενος χώρος αποθήκευσης είναι διπλάσιος, [20]. Εταιρείες με μεγάλη τεχνογνωσία σε μπαταρίες νικελίου μετάλλου υβριδίου έχουν χρησιμοποιήσει τη γνώση στα υβρίδια μετάλλου για την ανάπτυξη κραμάτων μετάλλου που μπορούν να αποθηκεύσουν 7% του βάρους τους σε υδρογόνο και σε χαμηλή πίεση των 200 kpa. Με αυτήν την τεχνολογία μπορούν να αποθηκευτούν 6 kg υδρογόνου σε 120 λίτρα, δηλαδή σε περίπου διπλάσιο μέγεθος δεξαμενής από αυτό που χρησιμοποιείται σε συμβατικά οχήματα μέσου μεγέθους. Ωστόσο, το βάρος αποθήκευσης παραμένει σημαντικό πρόβλημα, ενώ η παραγωγή υδρογόνου είναι ένα ακόμη ζήτημα προς επίλυση, καθώς δεν υπάρχουν αντίστοιχες υποδομές ή προοπτικές εγκατάστασής τους. Μία εναλλακτική λύση για την αποθήκευση υδρογόνου είναι η συνεχής παροχή του, μέσω παραγωγής από πιο εύχρηστα υλικά. Διάφορες αυτοκινητοβιομηχανίες έχουν στραφεί στη δημιουργία συνεπτυγμένων χημικών συστημάτων για την παραγωγή υδρογόνου από κοινά καύσιμα. Η εναλλακτική αυτή εξαλείφει τα προβλήματα υποδομής, δημιουργεί όμως προβλήματα πολυπλοκότητας και κινδύνους ρύπανσης παρόμοιους με αυτούς των συμβατικών οχημάτων. Τέλος, η ασφάλεια του υδρογόνου σε σχέση με τη βενζίνη κατά τη μετακίνηση των οχημάτων παραμένει ακόμη ένα ανοιχτό ζήτημα. 3. ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΕΣ ΥΨΗΛΗΣ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ ΝΕΑΣ ΓΕΝΙΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ ΒΑΝΑΔΙΟΥ Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται συσσωρευτές υψηλής ενεργειακής αποθήκευσης νέας γενιάς τύπου Redox Flow Battery-RFB, και ειδικότερα συσσωρευτές τύπου VRB (Vanadium Redox Battery μπαταρίες οξειδοαναγωγής - 4 -

5 βαναδίου), [21]. Πρόκειται για ειδικού τύπου μπαταρία, η οποία έχει τη δυνατότητα πλήρους και ταχείας φόρτισηςεκφόρτισης, η οποία εκτός από τις σημαντικές ανταλλαγές ενεργού ισχύος μπορεί, σε συνδυασμό με τους μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος που χρησιμοποιούνται, να εξασφαλίσει μεγάλες δυνατότητες παραγωγής-απορρόφησης αέργου ισχύος ανάλογα με τις ανάγκες του δικτύου στο οποίο τοποθετείται. Οι συσσωρευτές υψηλής ενεργειακής αποθήκευσης νέας γενιάς τύπου RFB έχουν αναπτυχθεί εμπορικά από τρεις εταιρείες: Regenesys Energy Storage System [22-24], Kepco Kansai Electric Co. Inc. [25,26] & VRB-ESS (Vanadium Redox Battery Energy Storage System) [27-30]. (α) Τυπική διάταξη από τη Regenesys [23] (β) Τυπική διάταξη από τη VRB Power Systems Inc. [27] Σχήμα 1. Τυπικές Διατάξεις Συσσωρευτών RFB Η μπαταρία RFB βασίζεται σε ένα ηλεκτροχημικό σύστημα, το οποίο επιτρέπει την αποθήκευση ενέργειας σε δύο διαλύματα που περιέχουν διαφορετικά ζεύγη οξειδοαναγωγής (redox couples) με κατάλληλα απομονωμένα ηλεκτροχημικά δυναμικά, τα οποία είναι ικανά να παράγουν ηλεκτρεγερτική δύναμη για την πρόκληση των αντιδράσεων οξείδωσης-αναγωγής που απαιτούνται για τη φόρτιση και εκφόρτιση του στοιχείου. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μπαταρίες, τα στοιχεία αυτά αποθηκεύουν την ενέργεια στα διαλύματα, με αποτέλεσμα η ισχύς του συστήματος να προσδιορίζεται από το μέγεθος των δοχείων που περιέχουν τους ηλεκτρολύτες, ενώ η συνολική ισχύς του συστήματος καθορίζεται από το μέγεθος της στήλης των στοιχείων. Έτσι, η μπαταρία RFB συμπεριφέρεται περισσότερο ως μία επαναφορτιζόμενη κυψέλη καυσίμου παρά ως μία κοινή μπαταρία (Σχήμα 2), χωρίς να αντιμετωπίζει τα προβλήματα αποθήκευσης υδρογόνου που παρουσιάστηκαν στην προηγούμενη παράγραφο

6 + - Δοχείο αποθήκευσης βαναδίου θετικού πόλου στοιχείων Στήλη στοιχείων Δοχείο αποθήκευσης βαναδίου αρνητικού πόλου στοιχείων Αποθήκευση ενέργειας (kwh) Μετατροπή ενέργειας (kw) Αποθήκευση ενέργειας (kwh) Σχήμα 2. Αρχή λειτουργίας στοιχείου μπαταρίας RFB με διακριτά εξαρτήματα μετατροπής και αποθήκευσης ενέργειας. Η αρχή λειτουργίας των μπαταριών RFB αναπτύσσεται ερευνητικά εδώ και περίπου 30 χρόνια, και πολλά αντίστοιχα συστήματα έχουν μελετηθεί σε όλο τον κόσμο. Στην Αυστραλία έχει αναπτυχθεί σύστημα βασισμένο στην αρχή λειτουργίας των RFΒ από το University of New South Wales UNSW, μέσω της μπαταρίας τύπου VRB. Το σύστημα της Regenesys, χρησιμοποιεί ζεύγος οξειδοαναγωγής σουλφιδίου/παρασουλφιδίου και βρομίνης/βρομιδίου στον αρνητικό και θετικό πόλο των στοιχείων, αντίστοιχα. Όπως και τα υπόλοιπα στοιχεία οξειδοαναγωγής, το σύστημα Regenesys παρουσιάζει το μειονέκτημα της ανάμειξης των διαλυμάτων των ηλεκτρολυτών με συνέπεια την ανάγκη σύνθετης εργασίας χημικής συντήρησης για την αντιμετώπιση της απώλειας ισχύος. Αντίθετα, η μπαταρία VRB χρησιμοποιεί τον ίδιο τύπο διαλύματος και στους δύο πόλους των στοιχείων, ελαχιστοποιώντας τα πιθανά προβλήματα που προκύπτουν κατά την ανάμειξή τους. Από τα μέχρι στιγμής ανεπτυγμένα στοιχεία RFB, το σύστημα VRB παρουσιάζει τα καλύτερα χαρακτηριστικά, με υψηλές αποδόσεις άνω των 80% σε μεγάλες εγκαταστάσεις και μεγάλη διάρκεια ζωής. Κατ αντιστοιχία με το Σχήμα 2, η μπαταρία VRB χρησιμοποιεί ζεύγη οξειδοαναγωγής Βαναδίου V(V)/V(IV) και V(III)/V(II) σε θειικό οξύ στους ηλεκτρολύτες του θετικού και αρνητικού πόλου, αντίστοιχα. Η αντίδραση φόρτισης-εκφόρτισης που λαμβάνει χώρα στο στοιχείο της μπαταρίας VRB είναι: Στο θετικό ηλεκτρόδιο: εκφόρτιση VO H + + e === VO 2+ + H 2O E = 1.00V φόρτιση Στο αρνητικό ηλεκτρόδιο: φόρτιση V 3+ + e - === V 2+ εκφόρτιση E = V Το κανονικό δυναμικό στοιχείου E (cell) είναι ίσο με 1.26 Volts σε συγκεντρώσεις 1 mole ανά λίτρο και σε 25 C, αλλά σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του στοιχείου, η τάση ανοιχτοκύκλωσής του είναι ίση με 1.4 Volts σε κατάσταση φόρτισης (state-of-charge, SOC) 50% και 1.6 Volts σε 100% SOC. Τα βασικά εξαρτήματα ενός στοιχείου VRB φαίνονται στo Σχήμα

7 Οι μπαταρίες VRB παρουσιάζουν σημαντικά πλεονεκτήματα λόγω της χρήσης του ίδιου διαλύματος στα δοχεία θετικού και αρνητικού πόλου, γεγονός το οποίο αποτρέπει τα προβλήματα ανάμιξης των αντίστοιχων ηλεκτρολυτών λόγω μακρόχρονης χρήσης. Αυτό σημαίνει ότι, θεωρητικά, οι ηλεκτρολύτες δεν έχουν όριο διάρκειας ζωής, με αποτέλεσμα την ελαχιστοποίηση των προβλημάτων διαχείρισης τοξικών αποβλήτων. Σχήμα 3. Βασικά εξαρτήματα στήλης στοιχείων VRB. Σχήμα 4. Εργαστηριακή κατασκευή συσσωρευτή VRB. Τα τεχνικά και οικονομικά αξιοποιήσιμα μεγέθη τέτοιων συσσωρευτών που έχουν ήδη αναπτυχθεί καλύπτουν την περιοχή των μερικών εκατοντάδων kw και μερικών MWh, αντίστοιχα, ενώ αναμένεται να φτάσουν σύντομα στα 10 MW & 100 MWh. Τα τεχνικά πλεονεκτήματα των μπαταριών VRB μπορούν να συνοψιστούν στα εξής: Η ενέργεια αποθηκεύεται σε δεξαμενή, σε ξεχωριστό χώρο από τη στοίβα των στοιχείων, Η ισχύς του συστήματος μπορεί να αυξηθεί με την προσθήκη υγρού ηλεκτρολυτών, Το κόστος ανά kwh μειώνεται με την αύξηση της ικανότητας αποθήκευσης του συστήματος, Το σύστημα αποθήκευσης παρέχει μεγαλύτερη ασφάλεια λόγω του μικρότερου κινδύνου ανάμειξης ηλεκτρολυτών η οποία θα μπορούσε να προκαλέσει στιγμιαία έκλυση ενέργειας, Καθώς τα υγρά των ηλεκτρολυτών αντλούνται μέσω της στοίβας των στοιχείων, δρουν ως μέσο ψύξης τους επιτρέποντας πιο αποδοτική ανταλλαγή θερμότητας, μειώνοντας έτσι τα προβλήματα διαχείρισης θερμότητας, Η ανάμιξη των ηλεκτρολυτών στις μεμβράνες δεν οδηγεί σε προβλήματα μόλυνσής τους, - 7 -

8 Τα διαλύματα έχουν θεωρητικά άπειρη διάρκεια ζωής οδηγώντας έτσι σε χαμηλά κόστη αντικατάστασης (στο τέλος της διάρκειας ζωής των μπαταριών απαιτείται αντικατάσταση μόνο της στοίβας των στοιχείων), Η άπειρη διάρκεια ζωής των ηλεκτρολυτών επιτρέπει τη διαρκή ανακύκλωσή τους, ελαχιστοποιώντας έτσι τα προβλήματα δημιουργίας τοξικών αποβλήτων, Τα ζεύγη οξειδοαναγωγής βαναδίου είναι ηλεκτροχημικά αναστρέψιμα επιτρέποντας την επίτευξη υψηλού βαθμού απόδοσης, Ο ρυθμός επαναφόρτισης του συστήματος είναι ιδιαίτερα υψηλός, ισοδυναμώντας με χρόνο φόρτισης πολύ μικρότερο του αντίστοιχου των μπαταριών μολύβδου οξέος, Το βανάδιο είναι διαθέσιμο σε χαμηλό κόστος, έτσι το κόστος παραγωγής και κτήσης είναι χαμηλό, Δεδομένου ότι το ίδιο σε κάθε στοιχείο της στοίβας χρησιμοποιείται το ίδιο υγρό, όλα τα στοιχεία βρίσκονται σε ίδια κατάσταση φόρτισης, Οι ανάγκες επιτήρησης και συντήρησης του συστήματος είναι μικρές καθώς δεν απαιτείται ξεχωριστός έλεγχος και ρύθμιση του κάθε στοιχείου, Η μέτρηση της ισχύος της μπαταρίας μπορεί να γίνει με επιτήρηση της κατάστασης φόρτισης του ηλεκτρολύτη, απλοποιώντας έτσι περαιτέρω τις διαδικασίες ελέγχου της μπαταρίας, Τα στοιχεία μπορούν να συνδεθούν σε σειρά και παράλληλα χωρίς προβλήματα αντιστροφής, Μπορούν να χρησιμοποιηθούν ανταλλακτικά στοιχεία για τη ρύθμιση της τάσης, Το σύστημα δεν απαιτεί υπερφόρτιση για εξισορρόπηση των στοιχείων, ελαχιστοποιώντας έτσι τον κίνδυνο έκρηξης του υδρογόνου, Η φόρτιση και εκφόρτιση δεν περιλαμβάνουν περίπλοκες μεταβολές ημιαγωγικής κατάστασης οι οποίες οδηγούν σε βραχυκύκλωση στοιχείων στις συμβατικές μπαταρίες, Το σύστημα μπορεί να εκφορτιστεί πλήρως χωρίς αρνητικές επιπτώσεις στη μπαταρία, Υπάρχει η δυνατότητα άμεσης «μηχανικής» φόρτισης με αντικατάσταση του υγρού των ηλεκτρολυτών. 4. ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΧΡΗΣΗΣ ΣΥΣΣΩΡΕΥΤΩΝ ΒΑΝΑΔΙΟΥ ΣΕ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΣΗΣ H ειδική διαμόρφωση των μπαταριών βαναδίου τους προσδίδει σημαντικά πλεονεκτήματα χρήσης σε συστήματα ηλεκτροκίνησης: Γρήγορη επαναφόρτιση με αντικατάσταση του υγρού των ηλεκτρολυτών, η οποία επιτρέπει την αδιάλειπτη λειτουργία συστημάτων ηλεκτροκίνησης, σε αντίθεση με τα υφιστάμενα συστήματα μπαταριών, Επαναφόρτιση του υγρού των ηλεκτρολυτών στον με χρήση ενέργειας που παρέχεται από ανανεώσιμες πηγές ή ενέργεια που παρέχεται από το δίκτυο κατά τις ώρες μη αιχμής, επιτρέποντας έτσι τη βέλτιστη αξιοποίηση των ενεργειακών αποθεμάτων, Μεγαλύτερη απλότητα κατασκευής, ασφάλεια και απόδοση σε σχέση με τις κυψέλες καυσίμου, Συμβολή στην περαιτέρω ανάπτυξη και εξάπλωση των συστημάτων ηλεκτροκίνησης, με τα αντίστοιχα οφέλη στο περιβάλλον και την εξοικονόμηση ενέργειας. Οι μπαταρίες RFB είναι ο μοναδικός τύπος μπαταρίας που επιτρέπει τόσο τη σταδιακή ηλεκτρική επαναφόρτιση όσο και την άμεση επαναφόρτιση μέσω επανεφοδιασμού του ηλεκτρολύτη βαναδίου. Οι χρησιμοποιημένοι ηλεκτρολύτες μπορούν να επαναφορτιστούν με τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας σε ώρες μη αιχμής. Έτσι, ελαχιστοποιείται έμμεσα η ανάγκη δημιουργίας νέων σταθμών παραγωγής για την κάλυψη της αύξησης φορτίου που προκαλείται από τα ηλεκτρικά οχήματα. Από τη μέχρι στιγμής εμπορική ανάπτυξη των μπαταριών βαναδίου από την εταιρεία VRB-ESS (Vanadium Redox Battery Energy Storage System) προκύπτουν συγκριτικά στοιχεία απόδοσης και κόστους σε σχέση με τις μπαταρίες μολύβδου οξέος, τα οποία παρατίθενται στον Πίνακα Ι, [31]. Σύμφωνα και με τα στοιχεία του Πίνακα Ι, οι μπαταρίες βαναδίου παρουσιάζουν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις μπαταρίες μολύβδου οξέος: Μπορούν να λειτουργήσουν χωρίς διαρκή επιτήρηση μειώνοντας έτσι τα κόστη συντήρησης ($0.001/kWh), Δεν παρουσιάζουν υποβάθμιση μετά από συνεχόμενες φορτίσεις.εκφορτίσεις σε μεγάλο βάθος φόρτισης/εκφόρτισης, καθώς μπορούν να φορτιστούν/εκφορτιστούν περισσότερες από φορές χωρίς μείωση της απόδοσης του συστήματος, Δίνουν απόδοση 70-78%, Χαρακτηρίζονται από λόγο φόρτισης/εκφόρτισης 1:1, ο οποίος είναι ίσος με κλάσμα του χρόνου ο οποίος απαιτείται από άλλα συστήματα μπαταριών, Παρουσιάζουν μικρότερη συγκέντρωση οξέος

9 ΠΙΝΑΚΑΣ Ι ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΠΑΤΑΡΙΑΣ VRB-ESS ΜΕ ΜΠΑΤΑΡΙΑ ΜΟΛΥΒΔΟΥ ΟΞΕΟΣ Μέγεθος Μπαταρία μολύβδου οξέος Μπαταρία VRB-ESS Πυκνότητα ενέργειας (Wh/lt) Θεωρητική τιμή Πραγματική τιμή Πυκνότητα ισχύος (W/kg) Εύρος θερμοκρασίας -5 έως C 0 έως C Απόδοση 45% 70-78% Λόγος φόρτισης/εκφόρτισης 5/1 1/1 Βάθος εκφόρτισης 25-30% 75% Διάρκεια ζωής (αριθμός εκφορτίσεων σε βάθος εκφόρτισης 75%) Κόστος συντήρησης ($/Kwh) Συγκέντρωση οξέος Η μπαταρία μολύβδου-οξέος παρουσιάζει 30% περισσότερη συγκέντρωση οξέος σε σχέση με τον ηλεκτρολύτη της μπαταρίας βαναδίου Κόστος ($/Kwh) Ωστόσο, το βασικό μειονέκτημα της μπαταρίας VRB για εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων είναι η σχετικά χαμηλή πυκνότητα ενέργειας σε σύγκριση με τις μπαταρίες νικελίου μετάλλου υβριδίου και λιθίου ιόντων. Η πυκνότητα ενέργειας της μπαταρίας RFB σχετίζεται με τη συγκέντρωση ιόντων οξειδοαναγωγής στο διάλυμα, με το δυναμικό των στοιχείων και των αριθμό των ηλεκτρονίων (ανά mol ενεργών ιόντων οξειδοαναγωγής) που μεταφέρονται κατά την εκφόρτιση. Στα στοιχεία των μπαταριών VRB, η πυκνότητα ενέργειας είναι ίση με 25 Wh/kg 1, με βάση τη μέγιστη πυκνότητα συγκέντρωσης ιόντων ίση με 2M για μεγάλο εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας. Η συγκέντρωση αυτή αντιπροσωπεύει το όριο διαλυτότητας των ιόντων V(II) και/ή V(III) στο θειικό οξύ του ηλεκτρολύτη σε θερμοκρασίες κάτω των 5 o C και τη σταθερότητα των ιόντων V(V) σε θερμοκρασίες 40 o C. Πιο πρόσφατες έρευνες στο UNSW έδειξαν ότι μπορούν να επιτευχθούν συγκεντρώσεις ιόντων έως 3M με χρήση μέσων προστασίας από καθίζηση τα οποία μπορούν να σταθεροποιήσουν υπερκορεσμένα διαλύματα βαναδίου. Αυτό επιτρέπει την αύξηση της πυκνότητας ενέργειας έως τα 35 Wh/kg. Έχει γίνει επίδειξη ηλεκτρολυτών πυκνότητας 3 M σε εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων στο UNSW, ενώ μπορούν να επιτευχθούν μεγαλύτερες πυκνότητες με κατάλληλη ρύθμιση θερμοκρασίας. Εάν η πυκνότητα ενέργειας της VRB φτάσει τα 50 Wh/kg, θα μπορέσει να χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερη ποικιλία συστημάτων ηλεκτροκίνησης. Η ερευνητική και αναπτυξιακή δραστηριότητα των μπαταριών VRB στο UNSW επικεντρώνεται στην αύξηση της πυκνότητας ισχύος μέσω: Χημικής αναγέννησης των ζευγών οξειδοαναγωγής βαναδίου, Βελτίωση των μέσων σταθεροποίησης, Εναλλακτικούς τύπους ηλεκτρολυτών. Οι βελτιώσεις αυτές έχουν οδηγήσει σε αύξηση του ενδιαφέροντος για εφαρμογή της μπαταρίας VRB σε συστήματα ηλεκτροκίνησης και αναμένεται η χρήση τους σε διάφορα είδη οχημάτων στο άμεσο μέλλον, [32]. Επιπλέον, διερευνάται η ανάπτυξη μπαταρίας με στερεό ηλεκτρολύτη βαναδίου (gel). Οι μπαταρίες αυτές παρουσιάζουν δυνατότητα εφαρμογής σε υβριδικά οχήματα με απαιτούμενη αυτονομία λεπτών, [33]. Πρόσφατες μελέτες οδηγούν στη δυνατότητα επίτευξης συγκεντρώσεων έως 4M σε αυτόν τον τύπο ηλεκτρολύτη, με αντίστοιχη αύξηση της απόδοσής τους. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη τις τεχνολογικές εξελίξεις των συσσωρευτών βαναδίου, διαφαίνεται ότι θα αποτελέσουν ένα ελκυστικό ανταγωνιστή των άλλων τύπων συσσωρευτών και των κυψελών καυσίμου στις εφαρμογές των συστημάτων κίνησης των ηλεκτρικών οχημάτων. 5. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1 Η τιμή αυτή αναφέρεται σε πυκνότητα ενέργειας ανά στοιχείο, ενώ στον Πίνακα Ι δίνεται η συνολική τιμή πυκνότητας ενέργειας της μπαταρίας βαναδίου σε σχέση με τη μπαταρία μολύβδου οξέος αντιστοίχου μεγέθους

10 [1] Α. Αffani, A. Bellini, G. Franceschini, P. Guglielmi, C. Tassoni, Battery Choice and Management for New- Generation Electric Vehicles, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 52, Nο. 5, Oct. 2005, pp [2] T. J. Miller, Lithium-ion battery automotive applications and requirements, in Proc. 17 th Annual Battery Conf. Applications and Advances, 2002, pp [3] Y. Nishi, K. Katayama, J. Shigetomi, and H. Horie, The development of lithium-ion secondary battery systems for EV and HEV, in Proc. 13 th Annual Battery Conf. Applications and Advances, 1998, pp [4] W. A. Lynch, Z. M. Salameh, Realistic Electric Vehicle Battery Evaluation, IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 12, no. 4, pp , Dec [5] R. A. Perez, The Complete Battery Book, Blue Ridge Summit: Tab Books, [6] O. Caumont, P. Le Moigne, C. Rombaut, X. Muneret, P. Lenain, Energy Gauge for Lead-Acid Batteries in Electric Vehicles, IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 15, Nο. 3, September 2000, pp [7] M. S. Salameh, M. A. Casacca, and W. A. Lynch, A mathematical model for lead-acid batteries, IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 7, no. 1, pp , March [8] S. Nugues, Mesure de l état de charge d une batterie par coulométrie corrigée par impédancemétrie, Thèse de doctorat, INPG, Octobre [9] H. Smimite, Etude du comportement et gestion d une batterie au plomb à recombinaison équipant un vehicule électrique, Thèse de doctorat, Université de Montpellier 11, November [10] J. Daggett, Rechargeability comes to Alkaline Batteries, 18 th Annual Product of the Year Awards, Electronics Products Magazine, Hearst Business Communications, pp , Jan [11] A. J. Appleby, R. C. Kainthla, Rechargeable, Non-Toxic Manganeze-Zinc Batteries, IEEE 35 th International Power Systems Symposium, 1992, pp [12] M. Anderman, E. McHenry, High Performance Ni-Cd Cells Utilizing Fiber Structured Electrodes, IEEE 35 th International Power Systems Symposium, 1992, pp [13] Oliver Puig, Saft Nickel-Cadmium Lifetime and Expectancy, IEEE 27 th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, 1992, pp [14] M. C. Wehrey, What s New with Hybrid Electric Vehicles, IEEE Power & Energy Magazine, pp , November [15] Χ. Yan, D. Patterson, Improvement of Drive Range, Acceleration and Deceleration Performance in an Electric Vehicle Propulsion System, 30 th Annual IEEE Power Electron. Specialists Conf., PESC 99, vol. 2, pp [16] M. J. Isaacson, R. P. Hollandsworth, P. J. Giampaoli, F. A. Linkowsky, A. Salim, and V. L. Teofilo, Advanced lithium-ion battery charger, in Proc. 15 th Ann. Battery Conf. Applications and Advances, 2000, pp [17] D. Salerno and R. Korsunsky, Practical considerations in the design of lithium-ion battery protection systems, in Proc. IEEE APEC 98, vol. 2, 1998, pp [18] U. Koehler, F. J. Kruger, J. Kuempers, M. Maul, E. Niggemann, and H. H. Schoenfelder, High performance nickel-metal hydride and lithium-ion batteries, in Proc. IECEC 97, vol. 1, Jul. 27 Aug. 1, 1997,pp [19] H. Tsukamoto, High reliability lithium rechargeable batteries for specialties, IEEE Aerosp. Electron. Syst. Mag., vol. 18, no. 1, pp , Jan [20] M. Riezenman, Fuel Cells for the Long Haul, Batteries for the Spurts, IEEE Spectrum, pp , Jan [21] [22] Τ. Sels, C. Dragu, T. Van Craenenbroeck, R. Belmans: «New Energy Storage Devices for an Improved Load Managing on Distribution Level», 2001 ΙΕΕΕ Porto Power Tech Conference 10 th -13 th September, Porto, Portugal p.6 [23] EPSRC SuperGen WorkShop: Consortium for future network technologies, University of Cambridge, [24] [25] [26] Tetsuo Sakaki: Evaluation of Demand and Supply Control, Maintaining Electric Power Quality Using Rechargeable Battery System, The Kansai Electric Power Co. Inc. [27] [28] [29] Energy Prospects: PacifiCorp Buys Time With Storage, Issue37, April 9, 2004, page 5. [30] (ENVWORLD COMMUNIQUE: PacifiCorp to Install Vanadium Energy Storage System) [31] VRB Power Systems Incorporated, The VRB Energy Storage System A Comparison with Lead Acid Batteries. [32] C. Menictas and M. Skyllas-Kazacos, Small-scale Laboratory Testing and Golf-Cart Trials of 3 Molar Vanadium Electrolyte, Report to Pinnacle Mining NL, Feb [33] M. Skyllas-Kazacos, Gelled Electrolyte Vanadium Battery, Provisional Patent Application, PCT /AU01/00923, 27 July,