Future-competing battery chemistries for large-scale energy storage
2023 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE credits
Student thesisAlternative title
Framtidens batterikemier för storskalig energilagring (Swedish)
Abstract [sv]
’Netto-noll utsläpp’ i EU vid 2050 är ett av målen för att påskynda övergången från fossila bränslen till mer förnyelsebara och hållbara alternativ. Detta har däremot introducerat mer turbulens på elnäten. Ett av verktygen för att reglera och förbättra eldistributionen är stor-skaliga batterier, där litium-jon är den mest förekommande kemin. Men på grund av oro kring resursutbud och hopp om teknologidiversifiering har det påbörjat en sökning efter alternativ som kan användas i stället eller tillsammans med litium-jon batterier. Från en lång lista så har tre alternativ med hög potential identifierats. Dessa är nickel-vätgasbatteri, zink-brom flödesbatteri och järn-luftbatteri. Deras lämplighet undersöktes och diskuterades för flertalet användningsområden och för ett speciellt användarfall av Vattenfall. Slutsatsen var att utav de tre, så är det endast nickel-vätgas som kan förväntas vara ett bra alternativ för specifika fall, att zink-brom har få möjligheter att konkurrera och att järn-luft har väldigt hög potential men också många oklarheter som gör det svårt att förutspå dess utveckling.
Abstract [en]
With net-zero emissions set to be achieved in the EU by 2050, the transition from fossil-based energy sources to more renewable and green options are ever expanding. This puts a strain on the electricity grids because of the intermittent nature from these energy sources. To mitigate this battery systems are used, of which the lithium-ion battery is the most prevalent, and expected to only increase in use. However, material resource concerns and possible danger of over-reliance on one technology has opened for a search to find other alternatives that could be used instead or in conjunction with the battery. Out of a long list of batteries, the nickel-hydrogen battery, zinc-bromide flow battery and iron-air battery are three alternatives that have been identified to have potential. Their suitability was researched and discussed for various grid-applications. The result show that out of the three, it is only believed that the nickel-hydrogen battery have a definitive competitiveness, that the zinc bromide flow battery has few things going for it, and that the iron-air battery has large potential but just as large uncertainty surrounding its future. Lastly, a specific off-shore wind park case was investigated to see the practicality and competitiveness of the nickel-hydrogen battery compared to a specific lithium-ion chemistry.
Place, publisher, year, edition, pages
2023.
Series
TRITA-CBH-GRU ; 2023:237
Keywords [en]
Battery energy storage systems, Nickel-hydrogen battery, Zinc-bromide flow battery, Iron-air battery, Large-scale applications
Keywords [sv]
Batterier för energilagringssystem, Nickel-vätgasbatteri, Zink-brom flödesbatteri, Järn-luftbatteri, Storskaliga användningsområden
National Category
Inorganic Chemistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-333290OAI: oai:DiVA.org:kth-333290DiVA, id: diva2:1784834
External cooperation
Vattenfall AB
Subject / course
Chemical Engineering
Educational program
Degree of Master - Chemical Engineering for Energy and Environment
Examiners
2023-07-312023-07-31