Vanadiové redoxní průtokové baterie (VFB)jsou nově vznikající technologií skladování energie s významným potenciálem, zejména ve velkých aplikacích dlouhodobého skladování. Na rozdíl od konvenčníchdobíjecí baterieVFB používají roztok vanadového elektrolytu pro kladnou i zápornou elektrodu, což je činí jedinečnými co do konstrukce a provozu.
Co je vanadová redoxní průtoková baterie?
Ten/Ta/Tovanadová redoxní baterie (VRB), známá také jako vanadová průtoková baterie (VFB) nebo vanadová redoxní průtoková baterie (VRFB), je typ dobíjecí průtokové baterie.
Využívá ionty vanadu v různých oxidačních stavech k ukládání a uvolňování elektrické energie. Na rozdíl od konvenčních baterií ukládají VRFB energii v kapalných elektrolytech, které cirkulují systémem, spíše než v pevných elektrodách. Tato konstrukce umožňuje škálovatelné a flexibilní...řešení pro ukládání energie.
Klíčové komponenty vanadové redoxní průtokové baterie
| Klíčová součást | Popis |
| Elektrolyty | - VRFB používá dva kapalné elektrolyty, obvykle obsahující vanad v různých oxidačních stavech (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ a V⁵⁺). |
| Elektrody | - Dvě elektrody (obvykle uhlíkové nebo z podobných materiálů) usnadňují redoxní reakce (redukci a oxidaci) za účelem uvolnění nebo uložení energie. |
| Membrána | - Protonově vodivá membrána (často vyrobená z Nafionu) odděluje dva elektrolytické roztoky, což umožňuje tok iontů mezi oběma stranami během cyklu nabíjení/vybíjení. |
| Čerpadla a průtokový systém | - Tyto komponenty cirkulují elektrolyty elektrochemickým článkem a zajišťují tak nepřetržitý tok iontů vanadu pro proces přeměny energie. |
Jak funguje vanadová redoxní průtoková baterie?
- 1. Cyklus vybíjení
- Během vybíjení podléhají ionty vanadu v kladném a záporném elektrolytickém roztoku na elektrodách oxidačním a redukčním reakcím, čímž uvolňují elektrickou energii.
- 2. Nabíjecí cyklus
- Během nabíjení se energie ukládá obrácením oxidačních a redukčních reakcí, čímž se ionty vanadu vracejí zpět do jejich původních oxidačních stavů. Tento proces zahrnuje aplikaci externího proudu na systém.
- 3. Proudící elektrolyty
- Klíčovou charakteristikou průtokových baterií je použití kapalných elektrolytů, které jsou čerpány systémem, což umožňuje snadné zvýšení kapacity baterie pouhým zvětšením velikosti zásobníků elektrolytu.
Výhody vanadových redoxních průtokových baterií
- √ Škálovatelnost
VRFB lze snadno škálovat zvětšením velikosti nádrží s elektrolytem, což je činí ideálními pro rozsáhlé aplikace ukládání energie, jako je vyvažování sítě a skladování obnovitelné energie. - √ Dlouhá životnost
Vanad se během cyklování nedegraduje (protože používá stejný materiál pro kladný i záporný elektrolyt), což dává VRFB delší provozní životnost ve srovnání s jinými chemickými provedeními baterií.
Společnost Naturgy nasadila tuto vanadovou průtokovou baterii v Zamoře ve Španělsku.
- √Bezpečnost
VRFB jsou relativně bezpečné, protože elektrolyty jsou nehořlavé a netoxické. Kapalná forma také snižuje riziko tepelného úniku, což může být problém u některých jiných typů baterií. - √ Účinnost
VRFB mohou mít účinnost zpětného toku (procento energie získané během vybíjení) v rozmezí od 65 % do 85 %, v závislosti na konstrukci a provozních podmínkách. -
√ Oddělení energie a výkonu
VRFB mohou nezávisle škálovat energetické (velikost elektrolytových nádrží) a výkonové (velikost elektrochemického článku) složky, což jim dává flexibilitu pro různé aplikace.
Aplikace vanadových redoxních průtokových baterií
Kontejnerová vanadová průtoková baterie o výkonu 1 MW 4 MWh, kterou vlastníAvista Utilities a vyrobeno společností UniEnergy Technologies.
- ⭐Úložiště v síti:VRFB jsou obzvláště užitečné pro ukládání přebytečné energie z obnovitelných zdrojů, jako je vítr a slunce, a poskytují tak nárazník pro vyrovnání přerušovanosti těchto zdrojů energie.
- ⭐Integrace obnovitelných zdrojů energie:Dokážou ukládat energii, když je poptávka nízká, a uvolňovat ji během špičky.
- ⭐Záložní napájení:VRFB lze také použít pro záložní napájecí systémy v kritické infrastruktuře.
Vanadiová redoxní průtoková baterie VS lithium-iontová baterie
| Funkce | Vanadová redoxní průtoková baterie (VFB) | |
| Bezpečnost | Díky vodným roztokům elektrolytů je inherentně bezpečnější, nedochází k tepelnému úniku, požárům ani výbuchům. | Může představovat bezpečnostní rizika, včetně tepelného úniku, požárů nebo výbuchů, pokud je poškozen nebo přehřát. |
| Škálovatelnost | Snadno škálovatelné, umožňující modulární rozšíření vhodné pro velká úložiště (stovky MWh). | Méně škálovatelný; obvykle se používá v jednotkách s pevnou velikostí, i když pro některé aplikace jej lze škálovat. |
| Počáteční náklady | Vyšší počáteční investice ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi. | Nižší počáteční náklady ve srovnání s VFB. |
| Hustota energie | Nižší energetická hustota (12–40 Wh/kg), což je činí nevhodnými pro mobilní aplikace, jako jsou elektromobily. | Vyšší energetická hustota (80–300 Wh/kg), ideální pro mobilní aplikace, jako jsou elektromobily (EV). |
| Účinnost přeměny energie | Nižší účinnost (70-75 %) ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi. | Vyšší účinnost (90 %) díky efektivnějším cyklům nabíjení/vybíjení. |
| Životní cyklus | Extrémně dlouhá životnost (>10 000 cyklů, některé přesahují 20 000 cyklů). | Kratší životnost (obvykle 1 000–3 000 cyklů, v závislosti na typu baterie a použití). |
| Náklady po celou dobu životnosti | Nižší náklady na watthodinu (Wh) po celou dobu životnosti. Šetrnější k životnímu prostředí díky recyklovatelným vanadovým elektrolytům. | Vyšší náklady na watthodinu během životnosti v důsledku kratší životnosti a degradace v průběhu času. |
| Cena za Wh | Aktuálně se cena pohybuje kolem 0,30–0,40 USD za Wh, což je pro dlouhodobé skladování energie nákladově efektivnější. | Obvykle 0,50 USD za Wh, vyšší náklady na dlouhodobé skladování kvůli kratší životnosti a rychlejší degradaci. |
▲Vanadiové redoxní průtokové baterie (VFB) jsou vhodnější pro rozsáhlé aplikace dlouhodobého ukládání energie kvůli své bezpečnosti, škálovatelnosti, dlouhé životnosti a nákladové efektivitě z dlouhodobého hlediska. Jejich nízká energetická hustota a vysoké počáteční náklady je však činí nevhodnými pro aplikace, jako jsou elektrická vozidla.
▲ Lithium-iontové baterie (Li-ion)se díky své vyšší hustotě energie častěji používají pro přenosné aplikace, jako jsou elektrická vozidla, ale ve srovnání s VFB s sebou nesou bezpečnostní rizika, kratší životnost a vyšší dlouhodobé náklady.
10 nejlepších společností vyrábějících vanadové průtokové baterie
Na vývoji a komercializaci vanadových redoxních průtokových baterií (VRFB) pracuje po celém světě několik společností a organizací se zaměřením na...řešení pro velkokapacitní skladování energieMezi klíčové hráče na trhu VRFB patří jak zavedené společnosti, tak i startupy specializující se na tuto technologii.
1. RedT Energy (nyní Invinity Energy Systems)
- Umístění: Spojené království
- Přehled: Společnosti RedT Energy se sloučily se společností HydroStar a vznikla společnost Invinity Energy Systems. Specializují se na řešení dlouhodobého ukládání energie založená na technologii VRFB. Jejich produkty jsou zaměřeny na průmyslové a rozvodné aplikace pro ukládání energie.
2. Energie VRB
- Umístění: Čína / Kanada
- Přehled:VRB Energy je dceřinou společností čínské State Grid Corporation a zaměřuje se na vývoj a komercializaci VRFB. Nabízí rozsáhlá řešení pro ukládání energie a je obzvláště aktivní jak v Číně, tak i na mezinárodních trzích.
3. SUmitomo Electric Industries
- Umístění: Japonsko
- Přehled: Společnost Sumitomo se významně podílela na vývoji technologie vanadových redoxních průtokových baterií. Společnost vyvinula vlastní systémy VRFB a implementovala je do různých projektů skladování energie, zejména na japonském trhu.
- Umístění: Spojené státy
- Přehled:Společnost Imergi Power Systems se specializuje na vývoj průtokových baterií na bázi vanadu pro skladování energie v rozvodné síti. Společnost se zaměřuje na integraci obnovitelných zdrojů energie, jako je solární a větrná energie, s ukládáním energie.
5. Sivens
- Umístění:Francie
- Přehled: Sivens je francouzská společnost zabývající se výrobou systémů VRFB pro skladování energie. Zaměřuje se na vývoj cenově dostupných a dlouhodobých řešení pro skladování energie pro komerční i průmyslové aplikace.
- Umístění:Kanada
- Přehled: VanadiumCorp Resource Inc. je kanadská těžební a technologická společnost, která se zaměřuje na těžbu vanadu a vývoj technologie VRFB. Společnost pracuje na zlepšení efektivity extrakce vanadu a vyvíjí nové aplikace pro VRFB.
7. Systémy pro ukládání energie (ESS, Inc.)
- Umístění:Spojené státy
- Přehled:ESS Inc. je společnost zaměřená na řešení dlouhodobého ukládání energie s využitím technologie průtokových baterií s bází železa, která je podobná VRFB, ale místo vanadu používá železo. Poskytují řešení pro velkokapacitní ukládání energie, ale jejich práce je součástí rostoucího trhu s průtokovými bateriemi.
8. Systémy pro ukládání energie CellCube
- Umístění:Rakousko / Kanada
- Přehled: CellCube, dceřiná společnost Gildemeister Energy Storage, se zaměřuje na výrobu a nasazování vanadových redoxních průtokových baterií pro ukládání energie v rozvodné síti. Společnost se angažuje zejména ve velkých projektech ukládání energie v Evropě a Severní Americe.
9. Řešení pro obnovitelné zdroje energie (skupina RES)
- Umístění: Spojené království
- Přehled:Skupina RES, velký globální hráč v oblasti obnovitelných zdrojů energie, pracuje na integraci vanadových průtokových baterií do energetických systémů v rámci svého cíle vyvíjet udržitelná řešení pro velkoobjemové skladování energie z obnovitelných zdrojů.
- Umístění:Čína
- Přehled: Pu Neng (PNT) je čínská společnost, která vyvíjí a vyrábí vanadové redoxní průtokové baterie pro malá i velká řešení ukládání energie. Zaměřuje se na integraci VRFB do systémů obnovitelných zdrojů energie.
Výzvy a budoucí vyhlídky
I když vanadové redoxní průtokové baterie nabízejí slibné výhody, existují určité problémy, které je třeba řešit:
- ●Cena vanadové redoxní průtokové baterie:Náklady na vanad a infrastrukturu potřebnou pro rozsáhlé systémy VFB mohou být relativně vysoké. S rozvojem technologie a zvyšováním produkce vanadu se však očekává, že náklady klesnou.
- ●Hustota energie:Přestože mají VFB vynikající dlouhodobé vlastnosti, jejich hustota energie (množství energie uložené na jednotku objemu nebo hmotnosti) je nižší než u lithium-iontových nebo polovodičových baterií. To je může činit méně vhodnými pro aplikace, kde jsou kritické prostor a hmotnost.
- ●Účinnost: Účinnost VFB je sice vysoká, ale stále o něco nižší než u lithium-iontových baterií. Očekává se však, že vylepšení materiálů a designu účinnost časem zvýší.
Závěr
Vanadiová redoxní průtoková baterie (VRFB) je inovativní a slibné řešení pro ukládání energie s potenciálem způsobit revoluci ve velkých systémech ukládání energie. Její škálovatelnost, dlouhá životnost, bezpečnost a ekologická konstrukce z ní činí atraktivní volbu pro ukládání energie do sítě, integraci obnovitelných zdrojů energie a další aplikace pro velké aplikace ukládání energie. S rozvojem technologie a snižováním nákladů by VFB mohly hrát klíčovou roli v budoucnosti...udržitelné skladování energie, což pomáhá vytvářet odolnější a spolehlivější energetickou síť.
Čas zveřejnění: 7. ledna 2025