Ванадиеви редокс батерии (VFB)са нова технология за съхранение на енергия със значителен потенциал, особено в мащабни приложения за дългосрочно съхранение. За разлика от конвенционалнитесъхранение на акумулаторна батерия, VFB използват ванадиев електролитен разтвор както за положителните, така и за отрицателните електроди, което ги прави уникални по дизайн и работа.
Какво е ванадиева редокс батерия?
Theванадиева редокс батерия (VRB), известна още като ванадиева проточна батерия (VFB) или ванадиева редокс проточна батерия (VRFB), е вид акумулаторна проточна батерия.
Той използва ванадиеви йони в различни степени на окисление, за да съхранява и освобождава електрическа енергия. За разлика от конвенционалните батерии, VRFB съхраняват енергия в течни електролити, които циркулират през системата, а не в твърди електроди. Този дизайн позволява мащабируеми и гъвкави...решения за съхранение на енергия.
Ключови компоненти на ванадиева редокс батерия
| Ключов компонент | Описание |
| Електролити | - VRFB използва два течни електролита, обикновено съдържащи ванадий в различни степени на окисление (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ и V⁵⁺). |
| Електроди | - Два електрода (обикновено въглеродни или подобни материали) улесняват редокс реакциите (редукция и окисление), за да освободят или съхранят енергия. |
| Мембрана | - Протон-проводяща мембрана (често изработена от Nafion) разделя двата електролитни разтвора, позволявайки йонен поток между двете страни по време на цикъла на зареждане/разреждане. |
| Помпи и система за поток | - Тези компоненти циркулират електролитите през електрохимичната клетка, осигурявайки непрекъснат поток от ванадиеви йони за процеса на преобразуване на енергия. |
Как работи ванадиева редокс батерия?
- 1. Цикъл на разреждане
- По време на разряда, ванадиевите йони в положителните и отрицателните електролитни разтвори претърпяват реакции на окисление и редукция на електродите, освобождавайки електрическа енергия.
- 2. Цикъл на зареждане
- По време на зареждане енергията се съхранява чрез обръщане на реакциите на окисление и редукция, като ванадиевите йони се връщат в първоначалните им окислителни състояния. Този процес включва прилагане на външен ток към системата.
- 3. Течащи електролити
- Ключовата характеристика на проточните батерии е използването на течни електролити, които се изпомпват през системата, което позволява лесното увеличаване на капацитета на батерията чрез просто увеличаване на размера на резервоарите за съхранение на електролит.
Предимства на ванадиеви редокс батерии
- √ Мащабируемост
VRFB могат лесно да се мащабират чрез увеличаване на размера на резервоарите за електролит, което ги прави идеални за мащабни приложения за съхранение на енергия, като балансиране на мрежата и съхранение на възобновяема енергия. - √ Дълъг живот на цикъла
Ванадият не се разгражда по време на циклиране (защото използва един и същ материал както за положителните, така и за отрицателните електролити), което осигурява на VRFB батериите по-дълъг експлоатационен живот в сравнение с други видове батерии.
Naturgy разположи тази ванадиева проточна батерия в Самора, Испания.
- √Безопасност
VRFB са относително безопасни, тъй като електролитите са незапалими и нетоксични. Течната форма също така намалява риска от термично прегряване, което може да е проблем при някои други видове батерии. - √ Ефективност
VRFB могат да имат ефективност при двупосочен цикъл (процентът на енергията, възстановена по време на разреждане), варираща от 65% до 85%, в зависимост от проектните и експлоатационните условия. -
√ Разделяне на енергията и мощността
VRFB могат независимо да мащабират енергийните (размерът на електролитните резервоари) и мощностните (размерът на електрохимичната клетка) компоненти, което им дава гъвкавост за различни приложения.
Приложения на ванадиеви редокс батерии
Контейнеризирана ванадиева проточна батерия с мощност 1 MW 4 MWh, собственост наAvista Utilities и произведено от UniEnergy Technologies.
- ⭐Съхранение в мрежата:VRFB са особено полезни за съхранение на излишната енергия от възобновяеми източници като вятър и слънце, осигурявайки буфер за изглаждане на прекъсванията на тези енергийни източници.
- ⭐Интеграция на възобновяема енергия:Те могат да съхраняват енергия, когато търсенето е ниско, и да я освобождават по време на пиковите часове на търсене.
- ⭐Резервно захранване:VRFB могат да се използват и за резервни захранващи системи в критична инфраструктура.
Ванадиева редокс батерия срещу литиево-йонна батерия
| Функция | Ванадиева редокс батерия (VFB) | |
| Безопасност | По своята същност по-безопасен поради водните електролитни разтвори, без термично претоварване, пожари или експлозии. | Може да представлява риск за безопасността, включително термично прегряване, пожари или експлозии, ако се повреди или прегрее. |
| Мащабируемост | Лесно мащабируем, позволяващ модулно разширение, подходящ за големи съоръжения за съхранение (стотици MWh). | По-малко мащабируем; обикновено се използва в устройства с фиксиран размер, въпреки че може да се мащабира за някои приложения. |
| Първоначална цена | По-висока първоначална инвестиция в сравнение с литиево-йонните батерии. | По-ниски първоначални разходи в сравнение с VFB. |
| Енергийна плътност | По-ниска енергийна плътност (12-40 Wh/kg), което ги прави неподходящи за мобилни приложения като електрически превозни средства. | По-висока енергийна плътност (80-300 Wh/kg), идеална за мобилни приложения като електрически превозни средства (EV). |
| Ефективност на преобразуване на енергия | По-ниска ефективност (70-75%) в сравнение с литиево-йонните батерии. | По-висока ефективност (90%) поради по-ефективните цикли на зареждане/разреждане. |
| Цикъл на живот | Изключително дълъг живот на циклите (>10 000 цикъла, като някои надвишават 20 000 цикъла). | По-кратък живот на батерията (обикновено 1000-3000 цикъла, в зависимост от вида на батерията и употребата). |
| Разходи през целия живот | По-ниска цена на ватчас (Wh) през целия жизнен цикъл. По-екологични с рециклируеми ванадиеви електролити. | По-висока цена на ватчас през целия експлоатационен живот поради по-кратък жизнен цикъл и деградация с течение на времето. |
| Цена на Wh | В момента около $0,30-$0,40 за Wh, което е по-рентабилно за дългосрочно съхранение на енергия. | Обикновено $0,50 за Wh, по-висока цена за дългосрочно съхранение поради по-краткия жизнен цикъл и по-бързото разграждане. |
▲Ванадиеви редокс батерии (VFB) са по-подходящи за мащабни, дълготрайни приложения за съхранение на енергия поради тяхната безопасност, мащабируемост, дълъг експлоатационен живот и рентабилност в дългосрочен план. Ниската им енергийна плътност и високата първоначална цена обаче ги правят неподходящи за приложения като електрически превозни средства.
▲ Литиево-йонни батерии (Li-ion)са по-широко използвани за преносими приложения като електрически превозни средства поради по-високата им енергийна плътност, но те са свързани с рискове за безопасността, по-кратък живот на цикъла и по-високи дългосрочни разходи в сравнение с VFB.
Топ 10 компании за ванадиеви батерии
Няколко компании и организации по целия свят работят върху разработването и комерсиализацията на ванадиеви редокс батерии (VRFB), с фокус върху...решения за съхранение на енергия в голям мащабНякои ключови играчи на пазара на VRFB включват както утвърдени компании, така и стартиращи фирми, специализирани в тази технология.
1. RedT Energy (сега Invinity Energy Systems)
- Местоположение: Обединено кралство
- Общ преглед: RedT Energy се сля с HydroStar, за да сформират Invinity Energy Systems. Те са специализирани в решения за дългосрочно съхранение на енергия, базирани на VRFB технология. Продуктите им са насочени към индустриални и мрежови приложения за съхранение на енергия.
2. VRB Енергия
- Местоположение: Китай / Канада
- Общ преглед:VRB Energy е дъщерно дружество на китайската State Grid Corporation и се фокусира върху разработването и комерсиализацията на VRFB. Те предлагат мащабни решения за съхранение на енергия и са особено активни както на китайския, така и на международния пазар.
3. SУмитомо Електрик Индъстрис
- Местоположение: Япония
- Общ преглед: Sumitomo е важен играч в разработването на технологията за ванадиеви редокс батерии. Компанията е разработила собствени VRFB системи и ги е внедрила в различни проекти за съхранение на енергия, особено на японския пазар.
4. Системи за захранване на Имерги
- Местоположение: Съединени щати
- Общ преглед:Imergi Power Systems е специализирана в разработването на проточни батерии на базата на ванадий за съхранение на енергия в мрежов мащаб. Компанията е фокусирана върху интегрирането на възобновяеми енергийни източници като слънчева и вятърна енергия със съхранение на енергия.
5. Сивенс
- Местоположение:Франция
- Общ преглед: Sivens е френска компания, занимаваща се с производството на VRFB системи за съхранение на енергия. Те се фокусират върху разработването на рентабилни, дълготрайни решения за съхранение на енергия както за търговски, така и за промишлени приложения.
- Местоположение:Канада
- Общ преглед: VanadiumCorp Resource Inc. е канадска минна и технологична компания, която се фокусира върху добива на ванадий и разработването на VRFB технология. Компанията работи върху подобряване на ефективността на добива на ванадий и разработване на нови приложения за VRFB.
7. Системи за съхранение на енергия (ESS, Inc.)
- Местоположение:Съединени щати
- Общ преглед:ESS Inc. е компания, фокусирана върху решения за дълготрайно съхранение на енергия, използваща технология за проточни батерии с желязо, която е подобна на VRFB, но използва желязо вместо ванадий. Те предлагат решения за съхранение на енергия в голям мащаб, но работата им е част от нарастващия пазар на проточни батерии.
8. Системи за съхранение на енергия CellCube
- Местоположение:Австрия / Канада
- Общ преглед: CellCube, дъщерно дружество на Gildemeister Energy Storage, се фокусира върху производството и внедряването на ванадиеви редокс батерии за съхранение в мрежов мащаб. Компанията е особено ангажирана с мащабни проекти за съхранение на енергия в Европа и Северна Америка.
9. Решения за възобновяема енергия (RES Group)
- Местоположение: Обединено кралство
- Общ преглед:RES Group, голям световен играч в областта на възобновяемата енергия, работи по интегрирането на ванадиеви проточни батерии в енергийните системи като част от целта си за разработване на устойчиви, мащабни решения за съхранение на енергия от възобновяеми източници.
- Местоположение:Китай
- Общ преглед: Pu Neng (PNT) е китайска компания, която разработва и произвежда ванадиеви редокс батерии за съхранение на енергия както за малки, така и за големи мащаби. Те се фокусират върху интегрирането на VRFB (високопрофилни батерии за бързо реагиране) в системи за възобновяема енергия.
Предизвикателства и бъдещи перспективи
Въпреки че ванадиевите редокс батерии предлагат обещаващи предимства, има някои предизвикателства, които трябва да бъдат решени:
- ●Цена на ванадиева редокс батерия:Цената на ванадия и инфраструктурата, необходима за мащабни VFB системи, може да бъде сравнително висока. Въпреки това, с усъвършенстването на технологията и увеличаването на производството на ванадий, се очаква разходите да намалеят.
- ●Енергийна плътност:Въпреки че VFB (вероятните факсове) имат отлични възможности за дълготрайна работа, тяхната енергийна плътност (количеството енергия, съхранявано на единица обем или тегло) е по-ниска от тази на литиево-йонните или твърдотелните батерии. Това може да ги направи по-малко подходящи за приложения, където пространството и теглото са критични.
- ●Ефективност: Ефективността на честотно регулируемите батерии (VFB), макар и висока, все още е малко по-ниска от тази на литиево-йонните батерии. Очаква се обаче подобренията в материалите и дизайна да подобрят ефективността с течение на времето.
Заключение
Ванадиево-редокс проточната батерия е иновативно и обещаващо решение за съхранение на енергия с потенциал да революционизира мащабните системи за съхранение на енергия. Нейната мащабируемост, дълъг живот, безопасност и екологичен дизайн я правят привлекателна опция за съхранение в мрежата, интеграция на възобновяема енергия и други мащабни приложения за съхранение на енергия. С развитието на технологията и реализирането на намаляване на разходите, VFB (Veterable Fusion Battery - променливотокови батерии) биха могли да играят ключова роля в бъдещето на...устойчиво съхранение на енергия, което спомага за създаването на по-устойчива и надеждна енергийна мрежа.
Време на публикуване: 07 януари 2025 г.