Thuisaccu met flowbatterijen: voor zeer grote opslagcapaciteiten
Wat is het?
Een thuisaccu met flowbatterijen is een type energieopslagsysteem dat werkt met vloeibare elektrolyten. In tegenstelling tot vaste lithium-ion batterijen, slaat een flowbatterij energie op in externe tanks met vloeistof.
De capaciteit van de accu bepaal je simpelweg door de grootte van deze tanks.
Dit maakt het systeem bijzonder schaalbaar. Voor thuisgebruik betekent dit dat je theoretisch een enorme hoeveelheid zonne-energie kunt opslaan. Waar een standaard thuisaccu vaak tussen de 5 en 15 kWh zit, kan een flowbatterij-systeem eenvoudig worden uitgebreid tot tientallen of zelfs honderden kWh.
Het is als een brandstoftank voor je zonnestroom. De technologie is niet nieuw en wordt al op industriële schaal gebruikt. De innovatie zit hem nu in het kleiner en betaalbaarder maken voor de particuliere markt. Het is een serieuze toekomstkandidaat voor wie echt grote hoeveelheden groene stroom wil bewaren.
Hoe werkt het precies?
Het hart van het systeem bestaat uit twee gescheiden tanks met vloeistof en een zogenaamde 'stack' of cel. De ene tank bevat een positief geladen elektrolyt, de ander een negatief geladen.
Tijdens het laden pompt het systeem beide vloeistoffen door de cel. In de cel vindt een elektrochemische reactie plaats. De vloeistoffen wisselen elektronen uit via een membraan, waardoor de energie uit je zonnepanelen wordt omgezet in chemische energie in de vloeistoffen.
De vloeistoffen zelf veranderen van samenstelling, maar vermengen zich nooit. Bij ontladen, wanneer je stroom nodig hebt, gebeurt het omgekeerde.
De opgeladen vloeistoffen worden opnieuw door de cel gepompt. De chemische reactie keert zich om, waardoor er elektriciteit wordt opgewekt die je huis van stroom voorziet. De 'lege' vloeistof stroomt terug naar de tanks, klaar voor een nieuwe laadcyclus.
De wetenschap erachter
De technologie berust op het principe van redox-flow batterijen, een alternatief voor solid-state batterijen. Redox staat voor 'reductie-oxidatie', een chemische reactie waarbij elektronen worden overgedragen.
In de batterijcel vinden beide helften van deze reactie tegelijkertijd plaats. Het meest gebruikte type voor thuisconcepten is de vanadium-redox-flowbatterij.
Hierbij wordt in beide tanks een oplossing van vanadium in verschillende ladingsstaten gebruikt. Het voordeel van vanadium is dat het in vier verschillende oxidatietoestanden kan bestaan, waardoor kruisverontreiniging tussen de tanks onmogelijk is. De energie wordt dus niet in de elektroden zelf opgeslagen (zoals in lithium-ion), maar uitsluitend in de vloeistof. Dit scheidt het vermogen (bepaald door de grootte van de cel) van de energiecapaciteit (bepaald door de tankinhoud). Een unieke en flexibele eigenschap, vergelijkbaar met conversie naar waterstofgas.
Voordelen en nadelen
Het grootste voordeel is de extreme schaalbaarheid. Wil je meer opslag?
Dan vergroot je simpelweg de tanks. Daarnaast kent het systeem een zeer lange levensduur, vaak meer dan 20.000 cycli, met minimale degradatie.
De vloeistoffen zijn ook minder brandgevaarlijk dan lithium-ion. Een ander pluspunt is de diepe ontlading. Je kunt de batterij volledig ontladen zonder schade, iets wat bij lithium-ion wordt afgeraden.
Het systeem is ook makkelijker te recyclen aan het einde van zijn levensduur. De nadelen zijn er ook.
De energiedichtheid is laag; je hebt grote, zware tanks nodig voor dezelfde opslag als een compacte lithium-ion accu. Het rendement (rond de 70-75%) ligt lager dan dat van lithium-ion (90%+). De initiële aanschafkosten zijn hoog en de markt voor woningen is nog klein. Daarnaast bevat het systeem bewegende onderdelen (pompen), wat onderhoud kan vereisen. De technologie is voor de particulier nog relatief onbekend en er zijn weinig geïnstalleerde voorbeelden in Nederlandse huizen.
Voor wie relevant?
Deze technologie is momenteel het meest relevant voor zeer specifieke gevallen. Denk aan grote, energievretende huishoudens met een zwakke of dure netaansluiting, zoals een boerderij of een groot landhuis met veel zonnepanelen.
Ook voor mensen die volledig off-grid willen leven en meerdere dagen zonder zon moeten kunnen overbruggen, biedt de onbeperkte schaalbaarheid een uitkomst.
Het is de oplossing voor de 'ultieme' thuisbatterij-behoefte, waar budget minder een rol speelt. Daarnaast is het interessant voor kleinzakelijke toepassingen, zoals een klein kantoorpand of een werkplaats met een hoog eigen verbruik. De komende jaren zal de technologie kleiner en betaalbaarder worden, waardoor de relevantie voor de gemiddelde Nederlander met zonnepanelen zal toenemen.
Voor nu is het een veelbelovende innovatie voor wie vooruitstrevend denkt en grootschalige, veilige en duurzame energieopslag wil. Het is de moeite waard om deze ontwikkeling, zoals natrium-ion thuisaccu's, in de gaten te houden als je plannen hebt voor een toekomstbestendig energiesysteem thuis.