Bateries de flux redox de vanadi (VFB)són una tecnologia emergent d'emmagatzematge d'energia amb un potencial significatiu, especialment en aplicacions d'emmagatzematge a gran escala i de llarga durada. A diferència de les tecnologies convencionalsemmagatzematge de bateries recarregablesEls VFB utilitzen una solució electrolítica de vanadi tant per als elèctrodes positius com negatius, cosa que els fa únics en disseny i funcionament.
Què és la bateria de flux redox de vanadi?
Elbateria redox de vanadi (VRB), també coneguda com a bateria de flux de vanadi (VFB) o bateria de flux redox de vanadi (VRFB), és un tipus de bateria de flux recarregable.
Utilitza ions de vanadi en diversos estats d'oxidació per emmagatzemar i alliberar energia elèctrica. A diferència de les bateries convencionals, les VRFB emmagatzemen energia en electròlits líquids que circulen pel sistema en lloc d'en elèctrodes sòlids. Aquest disseny permet una aplicació escalable i flexible.solucions d'emmagatzematge d'energia.
Components clau d'una bateria de flux redox de vanadi
| component clau | Descripció |
| electròlits | - El VRFB utilitza dos electròlits líquids, que normalment contenen vanadi en diferents estats d'oxidació (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ i V⁵⁺). |
| Elèctrodes | Dos elèctrodes (normalment de carboni o materials similars) faciliten les reaccions redox (reducció i oxidació) per alliberar o emmagatzemar energia. |
| Membrana | - Una membrana conductora de protons (sovint feta de Nafion) separa les dues solucions electrolítiques, permetent el flux d'ions entre els dos costats durant el cicle de càrrega/descàrrega. |
| Bombes i sistema de flux | - Aquests components fan circular els electròlits a través de la cel·la electroquímica, garantint un flux continu d'ions de vanadi per al procés de conversió d'energia. |
Com funciona una bateria de flux redox de vanadi?
- 1. Cicle de descàrrega
- Durant la descàrrega, els ions de vanadi de les solucions electrolítiques positives i negatives experimenten reaccions d'oxidació i reducció als elèctrodes, alliberant energia elèctrica.
- 2. Cicle de càrrega
- Durant la càrrega, l'energia s'emmagatzema invertint les reaccions d'oxidació i reducció, fent que els ions de vanadi tornin als seus estats d'oxidació originals. Aquest procés implica aplicar un corrent extern al sistema.
- 3. Electròlits fluids
- La característica clau de les bateries de flux és l'ús d'electròlits líquids que es bombegen a través del sistema, cosa que permet augmentar fàcilment la capacitat de la bateria simplement ampliant la mida dels dipòsits d'emmagatzematge d'electròlits.
Avantatges de les bateries de flux redox de vanadi
- √ Escalabilitat
Els VRFB es poden escalar fàcilment augmentant la mida dels dipòsits d'electròlits, cosa que els fa ideals per a aplicacions d'emmagatzematge d'energia a gran escala, com ara l'equilibri de la xarxa i l'emmagatzematge d'energies renovables. - √ Llarga vida útil del cicle
El vanadi no es degrada durant el cicle (perquè utilitza el mateix material tant per a electròlits positius com negatius), cosa que dóna als VRFB una vida útil més llarga en comparació amb altres compostos químics de bateria.
Naturgy va desplegar aquesta bateria de flux de vanadi a Zamora, Espanya.
- √Seguretat
Les VRFB són relativament segures perquè els electròlits no són inflamables ni tòxics. La forma líquida també redueix el risc de fuga tèrmica, que pot ser un problema en alguns altres tipus de bateries. - √ Eficiència
Els VRFB poden tenir eficiències d'anada i tornada (el percentatge d'energia recuperada durant la descàrrega) que van del 65% al 85%, depenent del disseny i les condicions de funcionament. -
√ Desacoblament d'energia i potència
Els VRFB poden escalar independentment els components d'energia (mida dels dipòsits d'electròlits) i de potència (mida de la cel·la electroquímica), cosa que els dóna flexibilitat per a diferents aplicacions.
Aplicacions de les bateries de flux redox de vanadi
La bateria de flux de vanadi en contenidors d'1 MW i 4 MWh propietat deAvista Utilities i fabricat per UniEnergy Technologies.
- ⭐Emmagatzematge a la quadrícula:Els VRFB són particularment útils per emmagatzemar l'excés d'energia de fonts renovables com l'eòlica i la solar, proporcionant un amortidor per suavitzar la intermitència d'aquestes fonts d'energia.
- ⭐Integració d'energies renovables:Poden emmagatzemar energia quan la demanda és baixa i alliberar-la durant les hores de màxima demanda.
- ⭐Energia de reserva:Els VRFB també es poden utilitzar per a sistemes d'alimentació de reserva en infraestructures crítiques.
Bateria de flux redox de vanadi VS bateria d'ions de liti
| Característica | Bateria de flux redox de vanadi (VFB) | |
| Seguretat | Inherentment més segur a causa de les solucions d'electròlits aquosos, sense fuga tèrmica, incendis o explosions. | Pot presentar riscos per a la seguretat, com ara fuga tèrmica, incendis o explosions si es fa malbé o es sobreescalfa. |
| Escalabilitat | Fàcilment escalable, permetent una expansió modular adequada per a grans instal·lacions d'emmagatzematge (centenars de MWh). | Menys escalable; normalment s'utilitza en unitats de mida fixa, tot i que es pot escalar per a algunes aplicacions. |
| Cost inicial | Inversió inicial més elevada en comparació amb les bateries de Li-ion. | Cost inicial més baix en comparació amb els VFB. |
| Densitat d'energia | Densitat energètica més baixa (12-40 Wh/kg), cosa que els fa inadequats per a aplicacions mòbils com els vehicles elèctrics. | Densitat d'energia més alta (80-300 Wh/kg), ideal per a aplicacions mòbils com ara vehicles elèctrics (VE). |
| Eficiència de conversió energètica | Menor eficiència (70-75%) en comparació amb les bateries de Li-ion. | Major eficiència (90%) a causa de cicles de càrrega/descàrrega més eficients. |
| Cicle de vida | Vida útil extremadament llarga (>10.000 cicles, amb alguns que superen els 20.000 cicles). | Vida útil més curta (normalment entre 1.000 i 3.000 cicles, depenent del tipus de bateria i de l'ús). |
| Costos de per vida | Menor cost per watt-hora (Wh) durant tot el cicle de vida. Més respectuós amb el medi ambient amb electròlits de vanadi reciclables. | Cost per watt-hora més elevat a causa d'una vida útil més curta i de la degradació amb el temps. |
| Cost per Wh | Actualment, al voltant de 0,30-0,40 dòlars per Wh, més rendible per a l'emmagatzematge d'energia a llarg termini. | Normalment 0,50 dòlars per Wh, un cost més elevat per a l'emmagatzematge a llarg termini a causa d'una vida útil més curta i una degradació més ràpida. |
▲Bateries de flux redox de vanadi (VFB) són més adequats per a aplicacions d'emmagatzematge d'energia a gran escala i de llarga durada a causa de la seva seguretat, escalabilitat, llarga vida útil i eficiència en termes de costos a llarg termini. Tanmateix, la seva baixa densitat energètica i l'elevat cost inicial els fan inadequats per a aplicacions com els vehicles elèctrics.
▲ Bateries de liti-ió (Li-ion)s'utilitzen més àmpliament per a aplicacions portàtils com els vehicles elèctrics a causa de la seva major densitat d'energia, però comporten riscos per a la seguretat, una vida útil més curta i costos a llarg termini més elevats en comparació amb els VFB.
Les 10 millors empreses de bateries de flux de vanadi
Hi ha diverses empreses i organitzacions a tot el món que treballen en el desenvolupament i la comercialització de bateries de flux redox de vanadi (VRFB), amb un enfocament ensolucions d'emmagatzematge d'energia a gran escalaAlguns dels actors clau del mercat VRFB inclouen tant empreses consolidades com startups especialitzades en aquesta tecnologia.
1. RedT Energy (ara Invinity Energy Systems)
- Ubicació: Regne Unit
- Visió general: RedT Energy es va fusionar amb HydroStar per formar Invinity Energy Systems. S'especialitzen en solucions d'emmagatzematge d'energia de llarga durada basades en la tecnologia VRFB. Els seus productes estan dirigits a aplicacions d'emmagatzematge d'energia industrials i a escala de xarxa.
2. VRB Energy
- Ubicació: Xina / Canadà
- Visió general:VRB Energy és una filial de la State Grid Corporation de la Xina i se centra en el desenvolupament i la comercialització de VRFB. Ofereixen solucions d'emmagatzematge d'energia a gran escala i són particularment actius tant a la Xina com als mercats internacionals.
3. SIndústries Elèctriques Umitomo
- Ubicació: Japó
- Visió general: Sumitomo ha estat un actor important en el desenvolupament de la tecnologia de bateries de flux redox de vanadi. L'empresa ha desenvolupat els seus propis sistemes VRFB i els ha implementat en diversos projectes d'emmagatzematge d'energia, especialment al mercat japonès.
- Ubicació: Estats Units
- Visió general:Imergy Power Systems s'especialitza en el desenvolupament de bateries de flux basades en vanadi per a l'emmagatzematge d'energia a escala de xarxa. L'empresa se centra en la integració de fonts d'energia renovables com la solar i l'eòlica amb l'emmagatzematge d'energia.
5. Sivens
- Ubicació:França
- Visió general: Sivens és una empresa francesa dedicada a la producció de sistemes VRFB per a l'emmagatzematge d'energia. Es centren en el desenvolupament de solucions d'emmagatzematge d'energia rendibles i duradores tant per a aplicacions comercials com industrials.
- Ubicació:Canadà
- Visió general: VanadiumCorp Resource Inc. és una empresa minera i tecnològica canadenca que se centra en l'extracció de vanadi i el desenvolupament de la tecnologia VRFB. L'empresa treballa per millorar l'eficiència de l'extracció de vanadi i desenvolupar noves aplicacions per als VRFB.
7. Sistemes d'emmagatzematge d'energia (ESS, Inc.)
- Ubicació:Estats Units
- Visió general:ESS Inc. és una empresa centrada en solucions d'emmagatzematge d'energia de llarga durada que utilitzen tecnologia de bateries de flux de ferro, que és similar a VRFB però utilitza ferro en lloc de vanadi. Ofereixen solucions d'emmagatzematge d'energia a gran escala, però el seu treball forma part del mercat creixent de les bateries de flux.
8. Sistemes d'emmagatzematge d'energia CellCube
- Ubicació:Àustria / Canadà
- Visió general: CellCube, una filial de Gildemeister Energy Storage, se centra en la fabricació i el desplegament de bateries de flux redox de vanadi per a l'emmagatzematge a escala de xarxa. L'empresa participa especialment en projectes d'emmagatzematge d'energia a gran escala a Europa i Amèrica del Nord.
9. Solucions d'Energies Renovables (Grup RES)
- Ubicació: Regne Unit
- Visió general:RES Group, un gran actor mundial en energies renovables, està treballant en la integració de bateries de flux de vanadi en sistemes energètics com a part del seu objectiu de desenvolupar solucions d'emmagatzematge d'energia sostenibles i a gran escala per a energies renovables.
- Ubicació:Xina
- Visió general: Pu Neng (PNT) és una empresa xinesa que desenvolupa i fabrica bateries de flux redox de vanadi per a solucions d'emmagatzematge d'energia a petita i gran escala. Se centren en la integració de VRFB en sistemes d'energia renovable.
Reptes i perspectives de futur
Tot i que les bateries de flux redox de vanadi ofereixen avantatges prometedors, hi ha alguns reptes que cal abordar:
- ●Preu de la bateria de flux redox de vanadi:El cost del vanadi i la infraestructura necessària per a sistemes VFB a gran escala poden ser relativament elevats. Tanmateix, s'espera que els costos disminueixin a mesura que la tecnologia madura i la producció de vanadi augmenta.
- ●Densitat d'energia:Tot i que els VFB tenen excel·lents capacitats de llarga durada, la seva densitat d'energia (la quantitat d'energia emmagatzemada per unitat de volum o pes) és inferior a la de les bateries d'ió de liti o d'estat sòlid. Això els pot fer menys adequats per a aplicacions on l'espai i el pes són crítics.
- ●Eficiència: L'eficiència dels VFB, tot i ser alta, encara és lleugerament inferior a la de les bateries d'ions de liti. Tanmateix, s'espera que les millores en els materials i el disseny millorin l'eficiència amb el temps.
Conclusió
La bateria de flux redox de vanadi és una solució d'emmagatzematge d'energia innovadora i prometedora amb el potencial de revolucionar els sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran escala. La seva escalabilitat, la seva llarga vida útil, la seva seguretat i el seu disseny respectuós amb el medi ambient la converteixen en una opció atractiva per a l'emmagatzematge a la xarxa, la integració d'energies renovables i altres aplicacions d'emmagatzematge d'energia a gran escala. A mesura que la tecnologia madura i es realitzen reduccions de costos, els VFB podrien tenir un paper clau en el futur de...emmagatzematge d'energia sostenible, ajudant a crear una xarxa energètica més resilient i fiable.
Data de publicació: 07-01-2025