Vanadium Redox Flow Batterier (VFB'er)er en fremvoksende energilagringsteknologi med et betydeligt potentiale, især i storskala, langtidslagringsapplikationer. I modsætning til konventionelleopbevaring af genopladeligt batteri, VFB'er bruger en vanadiumelektrolytopløsning til både de positive og negative elektroder, hvilket gør dem unikke i design og drift.
Hvad er et vanadium redox flow-batteri?
Devanadium redox-batteri (VRB), også kendt som vanadium flow-batteri (VFB) eller vanadium redox flow-batteri (VRFB), er en type genopladeligt flow-batteri.
Den bruger vanadiumioner i forskellige oxidationstilstande til at lagre og frigive elektrisk energi. I modsætning til konventionelle batterier lagrer VRFB'er energi i flydende elektrolytter, der cirkulerer gennem systemet, i stedet for i faste elektroder. Dette design muliggør skalerbar og fleksibelenergilagringsløsninger.
Nøglekomponenter i et vanadium redox flowbatteri
| Nøglekomponent | Beskrivelse |
| Elektrolytter | - VRFB bruger to flydende elektrolytter, der typisk indeholder vanadium i forskellige oxidationstrin (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ og V⁵⁺). |
| Elektroder | - To elektroder (normalt kulstof eller lignende materialer) fremmer redoxreaktionerne (reduktion og oxidation) for at frigive eller lagre energi. |
| Membran | - En protonledende membran (ofte lavet af Nafion) adskiller de to elektrolytopløsninger, hvilket tillader ionstrømning mellem de to sider under opladnings-/afladningscyklussen. |
| Pumper og flowsystem | - Disse komponenter cirkulerer elektrolytterne gennem den elektrokemiske celle og sikrer en kontinuerlig strøm af vanadiumioner til energiomdannelsesprocessen. |
Hvordan fungerer et vanadium redox flow-batteri?
- 1. Afladningscyklus
- Under afladning gennemgår vanadiumioner i de positive og negative elektrolytopløsninger oxidations- og reduktionsreaktioner ved elektroderne, hvorved elektrisk energi frigives.
- 2. Opladningscyklus
- Under opladning lagres energi ved at vende oxidations- og reduktionsreaktionerne om, hvorved vanadiumioner vendes tilbage til deres oprindelige oxidationstilstande. Denne proces involverer at påføre en ekstern strøm på systemet.
- 3. Flydende elektrolytter
- Det vigtigste kendetegn ved flowbatterier er brugen af flydende elektrolytter, der pumpes gennem systemet, hvilket gør det nemt at øge batteriets kapacitet ved blot at forstørre størrelsen på elektrolyttankene.
Fordele ved vanadium redox flow-batterier
- √ Skalerbarhed
VRFB'er kan nemt skaleres op ved at øge størrelsen på elektrolyttankene, hvilket gør dem ideelle til storskala energilagringsapplikationer såsom netbalancering og lagring af vedvarende energi. - √ Lang cykluslevetid
Vanadium nedbrydes ikke under cyklusser (fordi det bruger det samme materiale til både positive og negative elektrolytter), hvilket giver VRFB'er en længere levetid sammenlignet med andre batterikemier.
Naturgy installerede dette vanadium-flowbatteri i Zamora, Spanien.
- √Sikkerhed
VRFB'er er relativt sikre, fordi elektrolytterne er ikke-brandbare og ikke-giftige. Den flydende form reducerer også risikoen for termisk løbskhed, hvilket kan være et problem i nogle andre typer batterier. - √ Effektivitet
VRFB'er kan have rundrejseeffektiviteter (den procentdel af energi, der genvindes under afladning) på mellem 65 % og 85 %, afhængigt af design og driftsforhold. -
√ Energi- og effektafkobling
VRFB'er kan uafhængigt skalere energi- (størrelsen af elektrolyttanke) og effekt- (størrelsen af den elektrokemiske celle) komponenter, hvilket giver dem fleksibilitet til forskellige anvendelser.
Anvendelser af vanadium redox flowbatterier
Det containeriserede vanadium-flowbatteri på 1 MW og 4 MWh, der ejes afAvista Utilities og fremstillet af UniEnergy Technologies.
- ⭐Netlagring:VRFB'er er særligt nyttige til at lagre overskydende energi fra vedvarende kilder som vind og sol, da de giver en buffer til at udjævne disse energikilders intermitterende bevægelser.
- ⭐Integration af vedvarende energi:De kan lagre energi, når efterspørgslen er lav, og frigive den i timer med spidsbelastning.
- ⭐Backup-strøm:VRFB'er kan også bruges til nødstrømssystemer i kritisk infrastruktur.
Vanadium Redox Flow Batteri VS Lithium Ion Batteri
| Funktion | Vanadium Redox Flow Batteri (VFB) | |
| Sikkerhed | Iboende sikrere på grund af vandige elektrolytopløsninger, ingen termisk løbskhed, brande eller eksplosioner. | Kan udgøre sikkerhedsrisici, herunder termisk løb, brande eller eksplosioner, hvis de beskadiges eller overophedes. |
| Skalerbarhed | Let skalerbar, hvilket muliggør modulær udvidelse, der er egnet til store lagerfaciliteter (hundredvis af MWh). | Mindre skalerbar; bruges typisk i enheder med fast størrelse, selvom den kan skaleres til nogle applikationer. |
| Startpris | Højere startinvestering sammenlignet med Li-ion-batterier. | Lavere startomkostninger sammenlignet med VFB'er. |
| Energitæthed | Lavere energitæthed (12-40 Wh/kg), hvilket gør dem uegnede til mobile applikationer som elbiler. | Højere energitæthed (80-300 Wh/kg), ideel til mobile applikationer som elbiler (EV'er). |
| Energiomdannelseseffektivitet | Lavere effektivitet (70-75%) sammenlignet med Li-ion-batterier. | Højere effektivitet (90%) på grund af mere effektive opladnings-/afladningscyklusser. |
| Cyklusliv | Ekstremt lang cykluslevetid (>10.000 cyklusser, hvor nogle overstiger 20.000 cyklusser). | Kortere levetid (normalt 1.000-3.000 cyklusser, afhængigt af batteritype og brug). |
| Livstidsomkostninger | Lavere omkostninger pr. watt-time (Wh) over hele livscyklussen. Mere miljøvenlig med genanvendelige vanadiumelektrolytter. | Højere levetidsomkostning pr. watt-time på grund af kortere levetid og forringelse over tid. |
| Pris pr. Wh | I øjeblikket omkring $0,30-$0,40 pr. Wh, hvilket er mere omkostningseffektivt til langsigtet energilagring. | Typisk $0,50 pr. Wh, højere omkostninger ved langtidsopbevaring på grund af kortere levetid og hurtigere nedbrydning. |
▲Vanadium Redox Flow Batterier (VFB'er) er mere egnede til storskala, langvarige energilagringsapplikationer på grund af deres sikkerhed, skalerbarhed, lange levetid og omkostningseffektivitet på lang sigt. Deres lave energitæthed og høje startomkostninger gør dem dog uegnede til applikationer som elbiler.
▲ Lithium-ion-batterier (Li-ion)anvendes mere udbredt til bærbare applikationer som elbiler på grund af deres højere energitæthed, men de indebærer sikkerhedsrisici, kortere levetid og højere langsigtede omkostninger sammenlignet med frekvensomformere (VFB'er).
Top 10 virksomheder inden for vanadium-flowbatterier
Der er adskillige virksomheder og organisationer verden over, der arbejder med udvikling og kommercialisering af vanadium redox flow-batterier (VRFB'er), med fokus påstorskala energilagringsløsningerNogle nøgleaktører på VRFB-markedet omfatter både etablerede virksomheder og startups, der specialiserer sig i denne teknologi.
1. RedT Energy (nu Invinity Energy Systems)
- Beliggenhed: Storbritannien
- Oversigt: RedT Energy fusionerede med HydroStar for at danne Invinity Energy Systems. De specialiserer sig i langtidsholdbare energilagringsløsninger baseret på VRFB-teknologi. Deres produkter er rettet mod industrielle og netbaserede energilagringsapplikationer.
2. VRB Energi
- Beliggenhed: Kina / Canada
- Oversigt:VRB Energy er et datterselskab af Kinas State Grid Corporation og fokuserer på udvikling og kommercialisering af VRFB'er. De tilbyder storskala energilagringsløsninger og er særligt aktive på både Kina og internationale markeder.
3. SUmitomo Electric Industries
- Beliggenhed: Japan
- Oversigt: Sumitomo har været en betydelig aktør i udviklingen af Vanadium Redox Flow Battery-teknologi. Virksomheden har udviklet sine egne VRFB-systemer og har implementeret dem i forskellige energilagringsprojekter, især på det japanske marked.
- Beliggenhed: Forenede Stater
- Oversigt:Imergy Power Systems specialiserer sig i udvikling af vanadiumbaserede flowbatterier til energilagring i elnettet. Virksomheden fokuserer på at integrere vedvarende energikilder som sol og vind med energilagring.
5. Syvende
- Beliggenhed:Frankrig
- Oversigt: Sivens er en fransk virksomhed, der producerer VRFB-systemer til energilagring. De fokuserer på at udvikle omkostningseffektive og langtidsholdbare energilagringsløsninger til både kommercielle og industrielle anvendelser.
- Beliggenhed:Canada
- Oversigt: VanadiumCorp Resource Inc. er en canadisk minedrifts- og teknologivirksomhed, der fokuserer på udvinding af vanadium og udvikling af VRFB-teknologi. Virksomheden arbejder på at forbedre effektiviteten af vanadiumudvinding og udvikle nye anvendelser til VRFB'er.
7. Energilagringssystemer (ESS, Inc.)
- Beliggenhed:Forenede Stater
- Oversigt:ESS Inc. er en virksomhed, der fokuserer på langtidsholdbare energilagringsløsninger ved hjælp af jernstrømsbatteriteknologi, som ligner VRFB, men bruger jern i stedet for vanadium. De leverer storskala energilagringsløsninger, men deres arbejde er en del af det voksende marked for flowbatterier.
8. CellCube energilagringssystemer
- Beliggenhed:Østrig / Canada
- Oversigt: CellCube, et datterselskab af Gildemeister Energy Storage, fokuserer på fremstilling og implementering af vanadium redox-flowbatterier til lagring i elnettet. Virksomheden er især involveret i store energilagringsprojekter i Europa og Nordamerika.
9. Vedvarende energiløsninger (RES Group)
- Beliggenhed: Storbritannien
- Oversigt:RES Group, en stor global aktør inden for vedvarende energi, arbejder på at integrere vanadium-flowbatterier i energisystemer som en del af deres mål om at udvikle bæredygtige, storskala energilagringsløsninger til vedvarende energi.
- Beliggenhed:Kina
- Oversigt: Pu Neng (PNT) er en kinesisk virksomhed, der udvikler og producerer vanadium redox-flowbatterier til både små og store energilagringsløsninger. De fokuserer på at integrere VRB'er i vedvarende energisystemer.
Udfordringer og fremtidsudsigter
Selvom vanadium redox-flowbatterier tilbyder lovende fordele, er der nogle udfordringer, der skal løses:
- ●Pris på vanadium redox flowbatteri:Omkostningerne til vanadium og den infrastruktur, der kræves til store VFB-systemer, kan være relativt høje. Men efterhånden som teknologien modnes, og vanadiumproduktionen skaleres op, forventes omkostningerne at falde.
- ●Energitæthed:Selvom VFB'er har fremragende langtidsholdbare egenskaber, er deres energitæthed (mængden af energi lagret pr. volumenhed eller vægtenhed) lavere end for lithium-ion- eller solid-state-batterier. Dette kan gøre dem mindre egnede til applikationer, hvor plads og vægt er afgørende.
- ●Effektivitet: Effektiviteten af frekvensomformere (VFB'er) er, omend høj, stadig en smule lavere end for lithium-ion-batterier. Forbedringer i materialer og design forventes dog at forbedre effektiviteten over tid.
Konklusion
Vanadium Redox Flow-batteriet er en innovativ og lovende energilagringsløsning med potentiale til at revolutionere store energilagringssystemer. Dets skalerbarhed, lange levetid, sikkerhed og miljøvenlige design gør det til en attraktiv mulighed for lagring i elnettet, integration af vedvarende energi og andre store energilagringsapplikationer. Efterhånden som teknologien modnes, og omkostningsbesparelser realiseres, kan VFB'er spille en nøglerolle i fremtiden for ...bæredygtig energilagring, hvilket bidrager til at skabe et mere robust og pålideligt energinet.
Opslagstidspunkt: 07. januar 2025