بطاريات تدفق الفاناديوم والاختزال (VFBs)هي تقنية ناشئة لتخزين الطاقة ذات إمكانات كبيرة، لا سيما في تطبيقات التخزين واسعة النطاق وطويلة الأمد. وعلى عكس التقنيات التقليديةتخزين البطارية القابلة لإعادة الشحنتستخدم VFBs محلول إلكتروليت الفاناديوم لكل من الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، مما يجعلها فريدة من نوعها في التصميم والتشغيل.
ما هي بطارية تدفق الفاناديوم ريدوكس؟
البطارية الفاناديوم الأكسدة والاختزال (VRB)، والمعروفة أيضًا باسم بطارية تدفق الفاناديوم (VFB) أو بطارية تدفق الفاناديوم الأكسدة والاختزال (VRFB)، هي نوع من بطاريات التدفق القابلة لإعادة الشحن.
يستخدم أيونات الفاناديوم في حالات أكسدة مختلفة لتخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية. على عكس البطاريات التقليدية، تخزن بطاريات VRFB الطاقة في إلكتروليتات سائلة تدور عبر النظام بدلاً من الأقطاب الكهربائية الصلبة. يتيح هذا التصميم مرونة وقابلية للتطوير.حلول تخزين الطاقة.
المكونات الرئيسية لبطارية تدفق الفاناديوم الأكسدة والاختزال
| المكون الرئيسي | وصف |
| الإلكتروليتات | - يستخدم VRFB اثنين من الإلكتروليتات السائلة، والتي تحتوي عادة على الفاناديوم في حالات أكسدة مختلفة (V²⁺، V³⁺، V⁴⁺، وV⁵⁺). |
| الأقطاب الكهربائية | - يعمل قطبان (عادة ما يكونان من الكربون أو مواد مشابهة) على تسهيل تفاعلات الأكسدة والاختزال (الأكسدة) لإطلاق الطاقة أو تخزينها. |
| غشاء | - يفصل غشاء موصل للبروتون (مصنوع غالبًا من نافيون) بين محلولي الإلكتروليت، مما يسمح بتدفق الأيونات بين الجانبين أثناء دورة الشحن / التفريغ. |
| المضخات ونظام التدفق | - تعمل هذه المكونات على تدوير الإلكتروليتات عبر الخلية الكهروكيميائية، مما يضمن التدفق المستمر لأيونات الفاناديوم لعملية تحويل الطاقة. |
كيف تعمل بطارية تدفق الفاناديوم الاختزالي؟
- 1. دورة التفريغ
- أثناء التفريغ، تخضع أيونات الفاناديوم الموجودة في محاليل الإلكتروليت الموجبة والسالبة لتفاعلات أكسدة واختزال عند الأقطاب الكهربائية، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة الكهربائية.
- 2. دورة الشحن
- أثناء الشحن، تُخزَّن الطاقة بعكس تفاعلات الأكسدة والاختزال، ما يُعيد أيونات الفاناديوم إلى حالات أكسدتها الأصلية. تتضمن هذه العملية تطبيق تيار خارجي على النظام.
- 3. الإلكتروليتات المتدفقة
- الميزة الأساسية لبطاريات التدفق هي استخدام الإلكتروليتات السائلة التي يتم ضخها عبر النظام، مما يسمح بزيادة سعة البطارية بسهولة عن طريق تكبير حجم خزانات تخزين الإلكتروليت.
مزايا بطاريات التدفق والاختزال الفاناديومية
- √ قابلية التوسع
يمكن توسيع نطاق VRFBs بسهولة عن طريق زيادة حجم خزانات الإلكتروليت، مما يجعلها مثالية لتطبيقات تخزين الطاقة على نطاق واسع مثل موازنة الشبكة وتخزين الطاقة المتجددة. - √ دورة حياة طويلة
لا يتحلل الفاناديوم أثناء الدورة (لأنه يستخدم نفس المادة لكل من الإلكتروليتات الإيجابية والسلبية)، مما يمنح بطاريات VRFB عمرًا تشغيليًا أطول مقارنة بمركبات البطاريات الكيميائية الأخرى.
قامت شركة Naturgy بنشر بطارية تدفق الفاناديوم هذه في زامورا بإسبانيا.
- √أمان
تُعد بطاريات VRFB آمنة نسبيًا لأن إلكتروليتاتها غير قابلة للاشتعال وغير سامة. كما يُقلل شكلها السائل من خطر الانفلات الحراري، والذي قد يُشكل مصدر قلق في بعض أنواع البطاريات الأخرى. - √ كفاءة
يمكن أن تتمتع VRFBs بكفاءة ذهابًا وإيابًا (نسبة الطاقة المستردة أثناء التفريغ) تتراوح من 65% إلى 85%، اعتمادًا على التصميم وظروف التشغيل. -
√ فصل الطاقة والقوة
يمكن لـ VRFBs قياس مكونات الطاقة (حجم خزانات الإلكتروليت) والطاقة (حجم الخلية الكهروكيميائية) بشكل مستقل، مما يمنحها المرونة لتطبيقات مختلفة.
تطبيقات بطاريات التدفق والاختزال الفاناديومية
بطارية تدفق الفاناديوم المعبأة في حاويات بسعة 1 ميجاوات و4 ميجاوات في الساعة مملوكة لشركةتم تصنيعها بواسطة Avista Utilities بواسطة UniEnergy Technologies.
- ⭐تخزين الشبكة:تعتبر خلايا VRFB مفيدة بشكل خاص لتخزين الطاقة الزائدة من مصادر متجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، مما يوفر حاجزًا لتخفيف انقطاع هذه المصادر للطاقة.
- ⭐تكامل الطاقة المتجددة:يمكنها تخزين الطاقة عندما يكون الطلب منخفضًا وإطلاقها خلال ساعات الذروة.
- ⭐الطاقة الاحتياطية:يمكن أيضًا استخدام VRFBs لأنظمة الطاقة الاحتياطية في البنية التحتية الحيوية.
بطارية تدفق الفاناديوم والاختزال مقابل بطارية أيون الليثيوم
| ميزة | بطارية تدفق الفاناديوم والاختزال (VFB) | |
| أمان | أكثر أمانًا بطبيعته بسبب محاليل الإلكتروليت المائية، وعدم وجود تسرب حراري، أو حرائق، أو انفجارات. | يمكن أن يشكل مخاطر تتعلق بالسلامة، بما في ذلك الانفلات الحراري، أو الحرائق، أو الانفجارات في حالة التلف أو ارتفاع درجة الحرارة. |
| قابلية التوسع | قابلة للتوسع بسهولة، مما يسمح بالتوسع المعياري المناسب لمرافق التخزين الكبيرة (مئات ميجاوات في الساعة). | أقل قابلية للتوسع؛ تُستخدم عادةً في وحدات ذات حجم ثابت، على الرغم من إمكانية توسيع نطاقها لبعض التطبيقات. |
| التكلفة الأولية | استثمار أولي أعلى مقارنة ببطاريات ليثيوم أيون. | تكلفة أولية أقل مقارنة بـ VFBs. |
| كثافة الطاقة | كثافة طاقة أقل (12-40 واط/كجم)، مما يجعلها غير مناسبة للتطبيقات المتنقلة مثل المركبات الكهربائية. | كثافة طاقة أعلى (80-300 واط/كجم)، مثالية للتطبيقات المتنقلة مثل المركبات الكهربائية (EVs). |
| كفاءة تحويل الطاقة | كفاءة أقل (70-75%) مقارنة ببطاريات ليثيوم أيون. | كفاءة أعلى (90%) بسبب دورات الشحن/التفريغ الأكثر كفاءة. |
| دورة الحياة | دورة حياة طويلة للغاية (>10000 دورة، مع تجاوز بعضها 20000 دورة). | عمر دورة أقصر (عادةً ما يكون من 1000 إلى 3000 دورة، اعتمادًا على نوع البطارية والاستخدام). |
| تكاليف مدى الحياة | تكلفة أقل لكل واط/ساعة طوال دورة الحياة. أكثر صداقةً للبيئة بفضل إلكتروليتات الفاناديوم القابلة لإعادة التدوير. | تكلفة عمر أطول لكل واط/ساعة بسبب عمر الدورة الأقصر والتدهور بمرور الوقت. |
| التكلفة لكل ساعة | يبلغ السعر حاليًا حوالي 0.30 إلى 0.40 دولارًا أمريكيًا لكل ساعة، وهو أكثر فعالية من حيث التكلفة لتخزين الطاقة على المدى الطويل. | تبلغ التكلفة عادة 0.50 دولار أمريكي لكل ساعة، وهي تكلفة أعلى للتخزين طويل الأمد بسبب عمر الدورة الأقصر والتدهور السريع. |
▲بطاريات تدفق الفاناديوم والاختزال (VFBs) تُعدّ هذه الخلايا أكثر ملاءمةً لتطبيقات تخزين الطاقة واسعة النطاق وطويلة الأمد، نظرًا لسلامتها وقابليتها للتوسع وعمرها الافتراضي الطويل وكفاءتها من حيث التكلفة على المدى الطويل. ومع ذلك، فإن انخفاض كثافتها الطاقية وارتفاع تكلفتها الأولية يجعلانها غير مناسبة لتطبيقات مثل المركبات الكهربائية.
▲ بطاريات ليثيوم أيون (Li-ion)تُستخدم الخلايا الشمسية على نطاق واسع في التطبيقات المحمولة مثل المركبات الكهربائية بسبب كثافتها العالية من الطاقة، ولكنها تأتي مع مخاطر تتعلق بالسلامة، وعمر دورة أقصر، وتكاليف أعلى على المدى الطويل مقارنة بخلايا الوقود العمودية.
أفضل 10 شركات لبطاريات تدفق الفاناديوم
هناك العديد من الشركات والمنظمات في جميع أنحاء العالم تعمل على تطوير وتسويق بطاريات تدفق الفاناديوم والاختزال (VRFBs)، مع التركيز علىحلول تخزين الطاقة على نطاق واسعتشمل بعض الجهات الفاعلة الرئيسية في سوق VRFB الشركات الراسخة والشركات الناشئة المتخصصة في هذه التكنولوجيا.
1. RedT Energy (الآن Invinity Energy Systems)
- موقع: المملكة المتحدة
- ملخص: اندمجت شركة RedT Energy مع شركة HydroStar لتكوين شركة Invinity Energy Systems. تتخصص الشركة في حلول تخزين الطاقة طويلة الأمد القائمة على تقنية VRFB. منتجاتها مصممة لتطبيقات تخزين الطاقة الصناعية والشبكية.
- موقع: الصين / كندا
- ملخص:شركة VRB Energy هي شركة تابعة لشركة شبكة الكهرباء الوطنية الصينية، وتُركز على تطوير وتسويق أنظمة VRFB. تُقدم الشركة حلولاً واسعة النطاق لتخزين الطاقة، وتنشط بشكل خاص في كل من الصين والأسواق العالمية.
3. Sشركة أوميتومو للصناعات الكهربائية
- موقع: اليابان
- ملخص: لعبت شركة سوميتومو دورًا محوريًا في تطوير تقنية بطاريات التدفق الفاناديومية المؤكسدة. وقد طورت الشركة أنظمة VRFB الخاصة بها، وطبقتها في مشاريع تخزين طاقة متنوعة، لا سيما في السوق اليابانية.
- موقع: الولايات المتحدة
- ملخص:تتخصص شركة إميرجي باور سيستمز في تطوير بطاريات التدفق القائمة على الفاناديوم لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. وتركز الشركة على دمج مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، مع تخزين الطاقة.
5. سيفينز
- موقع:فرنسا
- ملخص: سيفينز شركة فرنسية تُنتج أنظمة VRFB لتخزين الطاقة. تُركز الشركة على تطوير حلول تخزين طاقة فعّالة من حيث التكلفة وطويلة الأمد للتطبيقات التجارية والصناعية.
- موقع:كندا
- ملخص: شركة فاناديوم كورب ريسورسز (VanadiumCorp Resource Inc.) هي شركة كندية للتعدين والتكنولوجيا، تُركز على استخراج الفاناديوم وتطوير تقنية VRFB. تعمل الشركة على تحسين كفاءة استخراج الفاناديوم وتطوير تطبيقات جديدة لهذه التقنية.
7. أنظمة تخزين الطاقة (ESS, Inc.)
- موقع:الولايات المتحدة
- ملخص:شركة ESS Inc. هي شركة تُركز على حلول تخزين الطاقة طويلة الأمد باستخدام تقنية بطاريات التدفق الحديدي، وهي مشابهة لبطاريات VRFB، ولكنها تستخدم الحديد بدلاً من الفاناديوم. تُقدم الشركة حلول تخزين طاقة واسعة النطاق، ويُعد عملها جزءًا من سوق بطاريات التدفق المتنامي.
8. أنظمة تخزين الطاقة CellCube
- موقع:النمسا / كندا
- ملخص: تُركز شركة CellCube، التابعة لشركة Gildemeister Energy Storage، على تصنيع ونشر بطاريات تدفق الفاناديوم والاختزال لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. وتُشارك الشركة بشكل خاص في مشاريع تخزين الطاقة واسعة النطاق في أوروبا وأمريكا الشمالية.
9. حلول الطاقة المتجددة (مجموعة RES)
- موقع: المملكة المتحدة
- ملخص:تعمل مجموعة RES، وهي شركة عالمية كبيرة في مجال الطاقة المتجددة، على دمج بطاريات تدفق الفاناديوم في أنظمة الطاقة كجزء من هدفها لتطوير حلول تخزين الطاقة المستدامة على نطاق واسع للطاقة المتجددة.
- موقع:الصين
- ملخص: بو نينج (PNT) شركة صينية تُطوّر وتُصنّع بطاريات تدفق الفاناديوم المُختزلة (VRFBs) لحلول تخزين الطاقة الصغيرة والكبيرة. تُركّز الشركة على دمج بطاريات التدفق المُختزلة (VRFBs) في أنظمة الطاقة المتجددة.
التحديات والآفاق المستقبلية
على الرغم من أن بطاريات الفاناديوم ريدوكس التدفقية توفر مزايا واعدة، إلا أن هناك بعض التحديات التي تحتاج إلى معالجة:
- ●سعر بطارية تدفق الفاناديوم والاختزال:قد تكون تكلفة الفاناديوم والبنية التحتية اللازمة لأنظمة VFB واسعة النطاق مرتفعة نسبيًا. ومع ذلك، مع تطور التكنولوجيا وزيادة إنتاج الفاناديوم، من المتوقع أن تنخفض التكاليف.
- ●كثافة الطاقة:على الرغم من أن بطاريات VFB تتميز بقدرات ممتازة على العمل لفترات طويلة، إلا أن كثافة طاقتها (كمية الطاقة المخزنة لكل وحدة حجم أو وزن) أقل من كثافة بطاريات أيونات الليثيوم أو بطاريات الحالة الصلبة. هذا قد يجعلها أقل ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب مساحة ووزنًا كبيرين.
- ●كفاءة: على الرغم من ارتفاع كفاءة بطاريات VFB، إلا أنها لا تزال أقل بقليل من كفاءة بطاريات أيونات الليثيوم. ومع ذلك، من المتوقع أن تُحسّن التحسينات في المواد والتصميم الكفاءة بمرور الوقت.
خاتمة
بطارية تدفق الفاناديوم والاختزال (Vanadium Redox Flow Battery) هي حل مبتكر وواعد لتخزين الطاقة، مع إمكانية إحداث ثورة في أنظمة تخزين الطاقة واسعة النطاق. بفضل قابليتها للتوسع، وعمرها الافتراضي الطويل، وسلامتها، وتصميمها الصديق للبيئة، تُعدّ خيارًا جذابًا لتخزين الطاقة عبر الشبكة، ودمج الطاقة المتجددة، وغيرها من تطبيقات تخزين الطاقة واسعة النطاق. مع تطور التكنولوجيا وتحقيق خفض التكاليف، يمكن أن تلعب بطاريات التدفق الفائق (VFBs) دورًا رئيسيًا في مستقبل...تخزين الطاقة المستدامة، مما يساعد على إنشاء شبكة طاقة أكثر مرونة وموثوقية.
وقت النشر: ٧ يناير ٢٠٢٥