Local investigation of vanadium redox flow batteries through an innovative system of reference hydrogen electrodes

In the last years the management of the electrical grid has become more problematic because of the increasing share of energy from fluctuating renewable sources. Energy storage permits a more elastic management of the grid and it has been proved to be a valid strategy to solve the problems arisen from fluctuating energy sources. Vanadium Redox Flow Batteries have lately attracted the interest of industries and researcher because of its flexible design, its efficiency and its cycle life. However its low energy and power density limits the spread in commercial applications. Research is moving in different directions in order to improve the technology. This work deals with the study of electrodes for VRFB with the aim of understanding the influence of physical and morphological properties of the electrode on the performances of the battery. This work has been conducted by performing electrochemical characterization in cell at MRT Fuel Cell Lab supported by ex−situ measurement provided by other research groups, LCCP and NanoLab, in the framework of a FARB research project. The experimental campaign was initially conducted in "half-cell" configuration, then a "full-cell" with system of four through-plate reference hydrogen electrodes was developed in order to improve the reliability of the tests and to investigate the reaction on a local scale. This work presents the first time the innovative system of through-plate reference hydrogen electrodes by NPL has been applied to a flow battery.

Il recente aumento della quota di energia proveniente da fonti rinnovabili non programmabili ha reso più complicata la gestione delle reti di distribuzione e trasmissione dell’energia elettrica. La possibilità di immagazzinare energia in sistemi di accumulo permette una gestione più elastica della rete e risulta essere una strategia valida per fronteggiare le fluttuazioni di potenza causate dalle fonti rinnovabili. Le Batterie a Flusso di Vanadio (VRFB) hanno ultimamente attirato l’attenzione del mondo della ricerca e dell’industria grazie alla possibilità di accumulare energia efficientemente, con grande flessibilità e per la vita utile. Tuttavia, la sua diffusione a livello commerciale è limitata dalle basse densità di energia e potenza. La ricerca si sta muovendo su diversi fronti per studiare soluzioni atte a migliorare la tecnologia. Questo lavoro tratta dello studio di elettrodi per VRFB con lo scopo di comprendere l’influenza delle proprietà fisiche e morfologiche dell’elettrodo sulla prestazione della batteria. Questo lavoro è stato realizzato tramite caratterizzazione elettrochimica in cella presso il laboratorio MRT Fuel Cell Lab, supportata da misure ex-situ fornite da altri gruppi di ricerca, LCCP e NanoLab, nell’ambito di un progetto di ricerca FARB. La campagna sperimentale è stata condotta inizialmente su configurazione “half-cell”, in seguito è stata sviluppata una cella completa con un sistema di quattro elettrodi di riferimento “through-plate” per migliorare l’affidabilità delle misure e per studiare localmente le reazioni degli elettrodi. Questo lavoro presenta la prima volta in cui l’innovativo sistema di elettrodi di riferimento “through-plate” proposto dal NPL viene applicato ad una flow battery.