Vanadijumske redoks protočne baterije (VFB)su nova tehnologija skladištenja energije sa značajnim potencijalom, posebno u primjenama skladištenja velikih razmjera i dugog trajanja. Za razliku od konvencionalnihskladištenje punjivih baterijaVFB-ovi koriste otopinu vanadijevog elektrolita i za pozitivne i za negativne elektrode, što ih čini jedinstvenima po dizajnu i radu.
Šta je vanadijumska redoks protočna baterija?
Thevanadijum redoks baterija (VRB), također poznata kao vanadijumska protočna baterija (VFB) ili vanadijumska redoks protočna baterija (VRFB), je vrsta punjive protočne baterije.
Koristi vanadijumske ione u različitim oksidacijskim stanjima za skladištenje i oslobađanje električne energije. Za razliku od konvencionalnih baterija, VRFB baterije skladište energiju u tečnim elektrolitima koji cirkulišu kroz sistem, a ne u čvrstim elektrodama. Ovaj dizajn omogućava skalabilnost i fleksibilnost.rješenja za skladištenje energije.
Ključne komponente vanadijumske redoks protočne baterije
| Ključna komponenta | Opis |
| Elektroliti | - VRFB koristi dva tečna elektrolita, koji obično sadrže vanadijum u različitim oksidacionim stanjima (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ i V⁵⁺). |
| Elektrode | - Dvije elektrode (obično ugljik ili slični materijali) olakšavaju redoks reakcije (redukciju i oksidaciju) kako bi oslobodile ili pohranile energiju. |
| Membrana | - Protonsko-provodljiva membrana (često napravljena od Nafiona) odvaja dva elektrolitna rastvora, omogućavajući protok jona između dvije strane tokom ciklusa punjenja/pražnjenja. |
| Pumpe i sistem protoka | - Ove komponente cirkuliraju elektrolite kroz elektrohemijsku ćeliju, osiguravajući kontinuirani protok vanadijumskih iona za proces pretvorbe energije. |
Kako funkcioniše vanadijumska redoks protočna baterija?
- 1. Ciklus pražnjenja
- Tokom pražnjenja, ioni vanadija u pozitivnim i negativnim elektrolitnim rastvorima podležu reakcijama oksidacije i redukcije na elektrodama, oslobađajući električnu energiju.
- 2. Ciklus punjenja
- Tokom punjenja, energija se skladišti obrnutim tokovima oksidacijskih i redukcijskih reakcija, vraćajući ione vanadija u njihova prvobitna oksidacijska stanja. Ovaj proces uključuje primjenu vanjske struje na sistem.
- 3. Tekući elektroliti
- Ključna karakteristika protočnih baterija je upotreba tekućih elektrolita koji se pumpaju kroz sistem, što omogućava jednostavno povećanje kapaciteta baterije jednostavnim povećanjem veličine rezervoara za skladištenje elektrolita.
Prednosti vanadijumskih redoks protočnih baterija
- √ Skalabilnost
VRFB-ovi se mogu lako skalirati povećanjem veličine rezervoara elektrolita, što ih čini idealnim za primjene skladištenja energije velikih razmjera kao što su balansiranje mreže i skladištenje obnovljive energije. - √ Dugi vijek trajanja
Vanadijum se ne degradira tokom ciklusa (jer se isti materijal koristi i za pozitivne i za negativne elektrolite), što VRFB baterijama daje duži radni vijek u poređenju s drugim hemijskim sastavom baterija.
Naturgy je instalirao ovu vanadijumsku protočnu bateriju u Zamori, u Španiji.
- √Sigurnost
VRFB baterije su relativno sigurne jer elektroliti nisu zapaljivi i netoksični. Tečni oblik također smanjuje rizik od termičkog preopterećenja, što može biti problem kod nekih drugih vrsta baterija. - √ Efikasnost
VRFB-ovi mogu imati efikasnost povratnog puta (procenat energije rekuperirane tokom pražnjenja) u rasponu od 65% do 85%, u zavisnosti od dizajna i uslova rada. -
√ Razdvajanje energije i snage
VRFB-ovi mogu nezavisno skalirati energetske (veličinu spremnika elektrolita) i snage (veličinu elektrokemijske ćelije) komponente, što im daje fleksibilnost za različite primjene.
Primjena vanadijumskih redoks protočnih baterija
Kontejnerska protočna vanadijumska baterija od 1 MW i 4 MWh u vlasništvuAvista Utilities, a proizvodi ga UniEnergy Technologies.
- ⭐Skladištenje mreže:VRFB-ovi su posebno korisni za skladištenje viška energije iz obnovljivih izvora poput vjetra i sunca, pružajući tampon za ublažavanje prekida rada ovih izvora energije.
- ⭐Integracija obnovljivih izvora energije:Mogu skladištiti energiju kada je potražnja niska i oslobađati je tokom vršnih sati potražnje.
- ⭐Rezervno napajanje:VRFB-ovi se također mogu koristiti za rezervne sisteme napajanja u kritičnoj infrastrukturi.
Vanadijumska redoks protočna baterija u poređenju sa litijum-jonskom baterijom
| Značajka | Vanadijumska redoks protočna baterija (VFB) | |
| Sigurnost | Inherentno sigurnije zbog vodenih rastvora elektrolita, bez termičkog pregrevanja, požara ili eksplozija. | Može predstavljati sigurnosne rizike, uključujući termalni bijeg, požare ili eksplozije ako se ošteti ili pregrije. |
| Skalabilnost | Lako skalabilno, omogućava modularno proširenje pogodno za velike skladišne kapacitete (stotine MWh). | Manje skalabilan; obično se koristi u jedinicama fiksne veličine, iako se može skalirati za neke primjene. |
| Početni trošak | Veća početna investicija u poređenju sa Li-ion baterijama. | Niži početni troškovi u poređenju sa VFB-ovima. |
| Gustoća energije | Niža gustoća energije (12-40 Wh/kg), što ih čini neprikladnim za mobilne primjene poput električnih vozila. | Veća gustoća energije (80-300 Wh/kg), idealna za mobilne primjene poput električnih vozila (EV). |
| Efikasnost konverzije energije | Niža efikasnost (70-75%) u poređenju sa Li-ion baterijama. | Veća efikasnost (90%) zbog efikasnijih ciklusa punjenja/pražnjenja. |
| Životni ciklus | Izuzetno dug vijek trajanja (>10.000 ciklusa, s nekim i preko 20.000 ciklusa). | Kraći vijek trajanja (obično 1.000-3.000 ciklusa, ovisno o vrsti baterije i upotrebi). |
| Doživotni troškovi | Niži troškovi po vat-satu (Wh) tokom cijelog životnog ciklusa. Ekološki prihvatljiviji s reciklirajućim vanadijum elektrolitima. | Viši trošak po vat-satu tokom životnog vijeka zbog kraćeg životnog ciklusa i degradacije tokom vremena. |
| Cijena po Wh | Trenutno oko 0,30-0,40 dolara po Wh, što je isplativije za dugoročno skladištenje energije. | Tipično 0,50 dolara po Wh, viši troškovi za dugoročno skladištenje zbog kraćeg životnog ciklusa i brže degradacije. |
▲Vanadijumske redoks protočne baterije (VFB) Pogodniji su za velike, dugoročne primjene skladištenja energije zbog svoje sigurnosti, skalabilnosti, dugog životnog ciklusa i isplativosti na dugi rok. Međutim, njihova niska gustoća energije i visoki početni troškovi čine ih neprikladnim za primjene poput električnih vozila.
▲ Litijum-jonske baterije (Li-ion)se šire koriste za prenosive primjene poput električnih vozila zbog njihove veće gustoće energije, ali dolaze s sigurnosnim rizicima, kraćim vijekom trajanja i većim dugoročnim troškovima u usporedbi s VFB-ima.
10 najboljih kompanija za proizvodnju vanadijumskih protočnih baterija
Postoji nekoliko kompanija i organizacija širom svijeta koje rade na razvoju i komercijalizaciji vanadijumskih redoks protočnih baterija (VRFB), s fokusom na...rješenja za skladištenje energije velikih razmjeraNeki ključni igrači na VRFB tržištu uključuju i etablirane kompanije i startupove specijalizirane za ovu tehnologiju.
1. RedT Energy (sada Invinity Energy Systems)
- Lokacija: Ujedinjeno Kraljevstvo
- Pregled: RedT Energy se spojio sa HydroStar-om i formirao Invinity Energy Systems. Specijalizirani su za rješenja za dugoročno skladištenje energije zasnovana na VRFB tehnologiji. Njihovi proizvodi namijenjeni su industrijskim i mrežnim primjenama skladištenja energije.
2. VRB Energija
- Lokacija: Kina / Kanada
- Pregled:VRB Energy je podružnica kineske državne elektroenergetske korporacije (DRC) i fokusira se na razvoj i komercijalizaciju VRFB-ova. Nude rješenja za skladištenje energije velikih razmjera i posebno su aktivni na kineskom i međunarodnom tržištu.
3. SUmitomo Electric Industries
- Lokacija: Japan
- Pregled: Sumitomo je bio značajan igrač u razvoju tehnologije Vanadium Redox Flow baterija. Kompanija je razvila vlastite VRFB sisteme i implementirala ih u različite projekte skladištenja energije, posebno na japanskom tržištu.
- Lokacija: Sjedinjene Američke Države
- Pregled:Imergi Power Systems je specijaliziran za razvoj protočnih baterija na bazi vanadija za skladištenje energije na nivou mreže. Kompanija je fokusirana na integraciju obnovljivih izvora energije poput solarne i vjetroelektrane sa skladištenjem energije.
5. Sivens
- Lokacija:Francuska
- Pregled: Sivens je francuska kompanija koja se bavi proizvodnjom VRFB sistema za skladištenje energije. Fokusiraju se na razvoj isplativih, dugotrajnih rješenja za skladištenje energije za komercijalne i industrijske primjene.
- Lokacija:Kanada
- Pregled: VanadiumCorp Resource Inc. je kanadska rudarska i tehnološka kompanija koja se fokusira na ekstrakciju vanadija i razvoj VRFB tehnologije. Kompanija radi na poboljšanju efikasnosti ekstrakcije vanadija i razvoju novih primjena za VRFB.
7. Sistemi za skladištenje energije (ESS, Inc.)
- Lokacija:Sjedinjene Američke Države
- Pregled:ESS Inc. je kompanija fokusirana na rješenja za dugotrajno skladištenje energije koristeći tehnologiju protočnih baterija od željeza, koja je slična VRFB-u, ali koristi željezo umjesto vanadija. Oni pružaju rješenja za skladištenje energije velikih razmjera, ali njihov rad je dio rastućeg tržišta protočnih baterija.
8. CellCube sistemi za skladištenje energije
- Lokacija:Austrija / Kanada
- Pregled: CellCube, podružnica kompanije Gildemeister Energy Storage, fokusira se na proizvodnju i primjenu vanadijskih redoks protočnih baterija za skladištenje energije na nivou mreže. Kompanija je posebno uključena u velike projekte skladištenja energije u Evropi i Sjevernoj Americi.
9. Rješenja za obnovljivu energiju (RES Grupa)
- Lokacija: Ujedinjeno Kraljevstvo
- Pregled:RES Grupa, veliki globalni igrač u oblasti obnovljivih izvora energije, radi na integraciji vanadijumskih protočnih baterija u energetske sisteme kao dio svog cilja razvoja održivih rješenja za skladištenje energije velikih razmjera za obnovljive izvore energije.
- Lokacija:Kina
- Pregled: Pu Neng (PNT) je kineska kompanija koja razvija i proizvodi vanadijumske redoks protočne baterije za mala i velika rješenja za skladištenje energije. Fokusiraju se na integraciju VRFB-ova u sisteme obnovljivih izvora energije.
Izazovi i budući izgledi
Iako vanadijumske redoks protočne baterije nude obećavajuće prednosti, postoje neki izazovi koje treba riješiti:
- ●Cijena vanadijumske redoks protočne baterije:Cijena vanadija i infrastrukture potrebne za velike VFB sisteme može biti relativno visoka. Međutim, kako tehnologija sazrijeva i proizvodnja vanadija se povećava, očekuje se da će se troškovi smanjiti.
- ●Gustoća energije:Iako VFB baterije imaju odlične mogućnosti dugotrajnog rada, njihova gustoća energije (količina energije pohranjene po jedinici volumena ili težine) je niža nego kod litijum-jonskih ili solid-state baterija. To ih može učiniti manje pogodnim za primjene gdje su prostor i težina kritični.
- ●Efikasnost: Efikasnost VFB-ova, iako visoka, i dalje je nešto niža od efikasnosti litijum-jonskih baterija. Međutim, očekuje se da će poboljšanja u materijalima i dizajnu s vremenom povećati efikasnost.
Zaključak
Vanadijumska redoks protočna baterija je inovativno i obećavajuće rješenje za skladištenje energije s potencijalom da revolucionira velike sisteme za skladištenje energije. Njena skalabilnost, dugi vijek trajanja, sigurnost i ekološki prihvatljiv dizajn čine je atraktivnom opcijom za skladištenje u mreži, integraciju obnovljivih izvora energije i druge primjene skladištenja energije velikih razmjera. Kako tehnologija sazrijeva i ostvaruju se smanjenja troškova, VFB-ovi bi mogli igrati ključnu ulogu u budućnosti...održivo skladištenje energije, što pomaže u stvaranju otpornije i pouzdanije energetske mreže.
Vrijeme objave: 07.01.2025.