Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VFBs)sind eine aufstrebende Energiespeichertechnologie mit erheblichem Potenzial, insbesondere für großflächige Langzeitspeicheranwendungen. Im Gegensatz zu herkömmlichenAkkuspeicherVFBs verwenden eine Vanadiumelektrolytlösung sowohl für die positive als auch für die negative Elektrode, was sie in Design und Funktionsweise einzigartig macht.
Was ist eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie?
DerVanadium-Redox-Batterie (VRB), auch bekannt als Vanadium-Flow-Batterie (VFB) oder Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB), ist eine Art wiederaufladbarer Flow-Batterie.
Es nutzt Vanadiumionen in verschiedenen Oxidationsstufen zur Speicherung und Abgabe elektrischer Energie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien speichern VRFBs Energie in flüssigen Elektrolyten, die durch das System zirkulieren, und nicht in festen Elektroden. Dieses Design ermöglicht skalierbare und flexibleEnergiespeicherlösungen.
Schlüsselkomponenten einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie
| Schlüsselkomponente | Beschreibung |
| Elektrolyte | - VRFB verwendet zwei flüssige Elektrolyte, die typischerweise Vanadium in unterschiedlichen Oxidationsstufen (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ und V⁵⁺) enthalten. |
| Elektroden | - Zwei Elektroden (normalerweise aus Kohlenstoff oder ähnlichen Materialien) erleichtern die Redoxreaktionen (Reduktion und Oxidation), um Energie freizusetzen oder zu speichern. |
| Membran | - Eine protonenleitende Membran (oft aus Nafion) trennt die beiden Elektrolytlösungen und ermöglicht während des Lade-/Entladezyklus einen Ionenfluss zwischen den beiden Seiten. |
| Pumpen und Durchflusssystem | - Diese Komponenten zirkulieren die Elektrolyte durch die elektrochemische Zelle und gewährleisten einen kontinuierlichen Fluss von Vanadiumionen für den Energieumwandlungsprozess. |
Wie funktioniert eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie?
- 1. Entladezyklus
- Während der Entladung unterliegen Vanadiumionen in den positiven und negativen Elektrolytlösungen Oxidations- und Reduktionsreaktionen an den Elektroden, wodurch elektrische Energie freigesetzt wird.
- 2. Ladezyklus
- Beim Laden wird Energie durch Umkehrung der Oxidations- und Reduktionsreaktionen gespeichert, wodurch Vanadiumionen in ihren ursprünglichen Oxidationszustand zurückgeführt werden. Dazu wird dem System ein externer Strom zugeführt.
- 3. Fließende Elektrolyte
- Das Hauptmerkmal von Redox-Flow-Batterien ist die Verwendung flüssiger Elektrolyte, die durch das System gepumpt werden. Dadurch lässt sich die Kapazität der Batterie einfach durch Vergrößerung der Elektrolyt-Speichertanks erhöhen.
Vorteile von Vanadium-Redox-Flow-Batterien
- √ Skalierbarkeit
VRFBs können durch Vergrößerung der Elektrolyttanks leicht skaliert werden, was sie ideal für groß angelegte Energiespeicheranwendungen wie Netzausgleich und Speicherung erneuerbarer Energien macht. - √ Lange Lebensdauer
Vanadium zersetzt sich während des Ladezyklus nicht (da für positive und negative Elektrolyte dasselbe Material verwendet wird), was VRFBs im Vergleich zu anderen Batteriechemikalien eine längere Betriebslebensdauer verleiht.
Naturgy hat diese Vanadium-Redox-Batterie im spanischen Zamora eingesetzt.
- √Sicherheit
VRFBs sind relativ sicher, da die Elektrolyte nicht entflammbar und ungiftig sind. Die flüssige Form verringert zudem das Risiko eines thermischen Durchgehens, das bei anderen Batterietypen ein Problem darstellen kann. - √ Effizienz
VRFBs können Round-Trip-Wirkungsgrade (der Prozentsatz der während der Entladung zurückgewonnenen Energie) von 65 % bis 85 % aufweisen, je nach Design und Betriebsbedingungen. -
√ Energie- und Leistungsentkopplung
VRFBs können die Energie- (Größe der Elektrolyttanks) und Leistungskomponenten (Größe der elektrochemischen Zelle) unabhängig voneinander skalieren, was ihnen Flexibilität für verschiedene Anwendungen verleiht.
Anwendungen von Vanadium-Redox-Flow-Batterien
Die 1 MW 4 MWh Container-Vanadium-Redox-Batterie im Besitz vonAvista Utilities und hergestellt von UniEnergy Technologies.
- ⭐Netzspeicher:VRFBs eignen sich besonders gut zum Speichern überschüssiger Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne, da sie einen Puffer bieten, um die Schwankungen dieser Energiequellen auszugleichen.
- ⭐Integration erneuerbarer Energien:Sie können Energie speichern, wenn die Nachfrage gering ist, und sie während der Spitzennachfragezeiten freigeben.
- ⭐Notstromversorgung:VRFBs können auch für Notstromsysteme in kritischer Infrastruktur verwendet werden.
Vanadium-Redox-Flow-Batterie VS Lithium-Ionen-Batterie
| Besonderheit | Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VFB) | |
| Sicherheit | Von Natur aus sicherer durch wässrige Elektrolytlösungen, kein thermisches Durchgehen, keine Brände oder Explosionen. | Kann bei Beschädigung oder Überhitzung Sicherheitsrisiken bergen, darunter thermisches Durchgehen, Brände oder Explosionen. |
| Skalierbarkeit | Leicht skalierbar, ermöglicht eine modulare Erweiterung, geeignet für große Speicheranlagen (Hunderte von MWh). | Weniger skalierbar; wird normalerweise in Einheiten mit fester Größe verwendet, kann jedoch für einige Anwendungen skaliert werden. |
| Anschaffungskosten | Höhere Vorabinvestition im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. | Geringere Vorabkosten im Vergleich zu VFBs. |
| Energiedichte | Geringere Energiedichte (12–40 Wh/kg), wodurch sie für mobile Anwendungen wie Elektrofahrzeuge ungeeignet sind. | Höhere Energiedichte (80–300 Wh/kg), ideal für mobile Anwendungen wie Elektrofahrzeuge (EVs). |
| Energieumwandlungseffizienz | Geringere Effizienz (70–75 %) im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. | Höhere Effizienz (90 %) durch effizientere Lade-/Entladezyklen. |
| Zykluslebensdauer | Extrem lange Zyklenlebensdauer (> 10.000 Zyklen, einige über 20.000 Zyklen). | Kürzere Zyklenlebensdauer (normalerweise 1.000–3.000 Zyklen, abhängig vom Batterietyp und der Nutzung). |
| Lebenszeitkosten | Geringere Kosten pro Wattstunde (Wh) über den gesamten Lebenszyklus. Umweltfreundlicher durch recycelbare Vanadiumelektrolyte. | Höhere Lebenszykluskosten pro Wattstunde aufgrund der kürzeren Zykluslebensdauer und der Verschlechterung im Laufe der Zeit. |
| Kosten pro Wh | Derzeit etwa 0,30–0,40 USD pro Wh, kostengünstiger für die langfristige Energiespeicherung. | Normalerweise 0,50 $ pro Wh, höhere Kosten für die Langzeitspeicherung aufgrund kürzerer Zykluslebensdauer und schnellerer Degradation. |
▲Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VFBs) eignen sich aufgrund ihrer Sicherheit, Skalierbarkeit, langen Lebensdauer und langfristigen Kosteneffizienz besser für groß angelegte, langfristige Energiespeicheranwendungen. Aufgrund ihrer geringen Energiedichte und der hohen Anschaffungskosten sind sie jedoch für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge ungeeignet.
▲ Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen)werden aufgrund ihrer höheren Energiedichte häufiger für tragbare Anwendungen wie Elektrofahrzeuge verwendet, sind jedoch im Vergleich zu VFBs mit Sicherheitsrisiken, einer kürzeren Lebensdauer und höheren langfristigen Kosten verbunden.
Top 10 der Vanadium-Flow-Batterie-Unternehmen
Weltweit arbeiten mehrere Unternehmen und Organisationen an der Entwicklung und Vermarktung von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFBs), wobei der Schwerpunkt aufEnergiespeicherlösungen im großen MaßstabZu den Hauptakteuren auf dem VRFB-Markt zählen sowohl etablierte Unternehmen als auch Startups, die auf diese Technologie spezialisiert sind.
1. RedT Energy (jetzt Invinity Energy Systems)
- Standort: Vereinigtes Königreich
- Überblick: RedT Energy fusionierte mit HydroStar zu Invinity Energy Systems. Das Unternehmen ist auf Langzeit-Energiespeicherlösungen auf Basis der VRFB-Technologie spezialisiert. Die Produkte zielen auf industrielle und netzdienliche Energiespeicheranwendungen ab.
2. VRB Energie
- Standort: China / Kanada
- Überblick:VRB Energy ist eine Tochtergesellschaft der chinesischen State Grid Corporation und konzentriert sich auf die Entwicklung und Vermarktung von VRFBs. Das Unternehmen bietet großflächige Energiespeicherlösungen an und ist sowohl in China als auch auf internationalen Märkten aktiv.
3. Sumitomo Electric Industries
- Standort: Japan
- Überblick: Sumitomo war maßgeblich an der Entwicklung der Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Technologie beteiligt. Das Unternehmen hat eigene VRFB-Systeme entwickelt und diese in verschiedenen Energiespeicherprojekten, insbesondere auf dem japanischen Markt, eingesetzt.
- Standort: Vereinigte Staaten
- Überblick:Imergy Power Systems ist auf die Entwicklung vanadiumbasierter Durchflussbatterien für die Energiespeicherung im Netzmaßstab spezialisiert. Das Unternehmen konzentriert sich auf die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Sonne und Wind in die Energiespeicherung.
5. Sivens
- Standort:Frankreich
- Überblick: Sivens ist ein französisches Unternehmen, das VRFB-Systeme zur Energiespeicherung herstellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung kostengünstiger und langlebiger Energiespeicherlösungen für gewerbliche und industrielle Anwendungen.
- Standort:Kanada
- Überblick: VanadiumCorp Resource Inc. ist ein kanadisches Bergbau- und Technologieunternehmen, das sich auf die Gewinnung von Vanadium und die Entwicklung der VRFB-Technologie konzentriert. Das Unternehmen arbeitet an der Verbesserung der Effizienz der Vanadiumgewinnung und der Entwicklung neuer Anwendungen für VRFBs.
7. Energiespeichersysteme (ESS, Inc.)
- Standort:Vereinigte Staaten
- Überblick:ESS Inc. ist ein Unternehmen, das sich auf Langzeit-Energiespeicherlösungen mit Eisen-Durchflussbatterie-Technologie konzentriert. Diese ähnelt VRFB, verwendet aber Eisen anstelle von Vanadium. Das Unternehmen bietet groß angelegte Energiespeicherlösungen an und ist Teil des wachsenden Marktes für Flussbatterien.
8. CellCube Energiespeichersysteme
- Standort:Österreich / Kanada
- Überblick: CellCube, eine Tochtergesellschaft von Gildemeister Energy Storage, konzentriert sich auf die Herstellung und den Einsatz von Vanadium-Redox-Flow-Batterien für die Netzspeicherung. Das Unternehmen ist insbesondere an großen Energiespeicherprojekten in Europa und Nordamerika beteiligt.
9. Lösungen für erneuerbare Energien (RES Group)
- Standort: Vereinigtes Königreich
- Überblick:Die RES Group, ein großer globaler Akteur im Bereich der erneuerbaren Energien, arbeitet an der Integration von Vanadium-Redox-Batterien in Energiesysteme als Teil ihres Ziels, nachhaltige, groß angelegte Energiespeicherlösungen für erneuerbare Energien zu entwickeln.
- Standort:China
- Überblick: Pu Neng (PNT) ist ein chinesisches Unternehmen, das Vanadium-Redox-Flow-Batterien für kleine und große Energiespeicherlösungen entwickelt und herstellt. Der Schwerpunkt liegt auf der Integration von VRFBs in erneuerbare Energiesysteme.
Herausforderungen und Zukunftsaussichten
Vanadium-Redox-Flow-Batterien bieten zwar vielversprechende Vorteile, es gibt jedoch auch einige Herausforderungen, die bewältigt werden müssen:
- ●Preis für Vanadium-Redox-Flow-Batterien:Die Kosten für Vanadium und die erforderliche Infrastruktur für große VFB-Systeme können relativ hoch sein. Mit fortschreitender Technologiereife und steigender Vanadiumproduktion dürften die Kosten jedoch sinken.
- ●Energiedichte:VFBs zeichnen sich zwar durch eine hervorragende Langzeitstabilität aus, ihre Energiedichte (die pro Volumen- oder Gewichtseinheit gespeicherte Energiemenge) ist jedoch geringer als die von Lithium-Ionen- oder Festkörperbatterien. Dies kann sie für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht eine entscheidende Rolle spielen, weniger geeignet machen.
- ●Effizienz: Der Wirkungsgrad von VFBs ist zwar hoch, aber immer noch etwas niedriger als der von Lithium-Ionen-Batterien. Es wird jedoch erwartet, dass Verbesserungen bei Materialien und Design den Wirkungsgrad im Laufe der Zeit steigern werden.
Abschluss
Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie ist eine innovative und vielversprechende Energiespeicherlösung mit dem Potenzial, große Energiespeichersysteme zu revolutionieren. Ihre Skalierbarkeit, lange Lebensdauer, Sicherheit und ihr umweltfreundliches Design machen sie zu einer attraktiven Option für Netzspeicherung, die Integration erneuerbarer Energien und andere großflächige Energiespeicheranwendungen. Mit zunehmender Technologiereife und Kostensenkungen könnten VFBs eine Schlüsselrolle in der Zukunft spielen.nachhaltige Energiespeicherungund trägt so zur Schaffung eines widerstandsfähigeren und zuverlässigeren Energienetzes bei.
Beitragszeit: 07.01.2025