Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VFBs)sind eine aufstrebende Energiespeichertechnologie mit erheblichem Potenzial, insbesondere für großflächige Langzeitspeicheranwendungen. Im Gegensatz zu herkömmlichenwiederaufladbare BatteriespeicherVanadium-Redox-Flow-Batterien (VFBs) verwenden eine Vanadium-Elektrolytlösung sowohl für die positive als auch für die negative Elektrode, was sie in Konstruktion und Funktionsweise einzigartig macht.
Was ist eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie?
DerVanadium-Redox-Batterie (VRB)Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB), auch bekannt als Vanadium-Flow-Batterie, ist eine Art wiederaufladbarer Flow-Batterie.
Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFBs) nutzen Vanadiumionen in verschiedenen Oxidationsstufen zur Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien speichern VRFBs die Energie in flüssigen Elektrolyten, die durch das System zirkulieren, anstatt in festen Elektroden. Dieses Design ermöglicht skalierbare und flexible Anwendungen.Energiespeicherlösungen.
Wichtige Komponenten einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie
| Schlüsselkomponente | Beschreibung |
| Elektrolyte | - Bei der VRFB werden zwei flüssige Elektrolyte verwendet, die typischerweise Vanadium in verschiedenen Oxidationsstufen (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ und V⁵⁺) enthalten. |
| Elektroden | Zwei Elektroden (üblicherweise aus Kohlenstoff oder ähnlichen Materialien) ermöglichen die Redoxreaktionen (Reduktion und Oxidation) zur Freisetzung oder Speicherung von Energie. |
| Membran | - Eine protonenleitende Membran (oft aus Nafion) trennt die beiden Elektrolytlösungen und ermöglicht so den Ionenfluss zwischen den beiden Seiten während des Lade-/Entladezyklus. |
| Pumpen und Durchflusssystem | Diese Komponenten lassen die Elektrolyte durch die elektrochemische Zelle zirkulieren und gewährleisten so 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 Ladevorgang wird Energie gespeichert, indem die Oxidations- und Reduktionsreaktionen umgekehrt werden und die Vanadiumionen in ihre ursprünglichen Oxidationsstufen zurückgeführt werden. Dieser Prozess erfordert das Anlegen eines externen Stroms an das System.
- 3. Fließende Elektrolyte
- Das Hauptmerkmal von Flussbatterien ist die Verwendung von flüssigen Elektrolyten, die durch das System gepumpt werden. Dadurch lässt sich die Kapazität der Batterie leicht erhöhen, indem man einfach die Größe der Elektrolytspeichertanks vergrößert.
Vorteile von Vanadium-Redox-Flow-Batterien
- √ Skalierbarkeit
VRFBs lassen sich durch Vergrößerung der Elektrolyttanks leicht skalieren und eignen sich daher ideal für großtechnische Energiespeicheranwendungen wie Netzausgleich und die Speicherung erneuerbarer Energien. - √ Lange Lebensdauer
Vanadium wird während der Zyklen nicht abgebaut (weil für positive und negative Elektrolyte das gleiche Material verwendet wird), was VRFBs im Vergleich zu anderen Batterietechnologien eine längere Betriebsdauer verleiht.
Naturgy hat diese Vanadium-Flussbatterie in Zamora, Spanien, eingesetzt.
- √Sicherheit
Vanadium-Redox-Flussbatterien (VRFBs) sind relativ sicher, da die Elektrolyte nicht brennbar und ungiftig sind. Die flüssige Form verringert zudem das Risiko eines thermischen Durchgehens, das bei manchen anderen Batterietypen ein Problem darstellen kann. - √ Effizienz
VRFBs können je nach Konstruktion und Betriebsbedingungen einen Wirkungsgrad (den Prozentsatz der beim Entladen zurückgewonnenen Energie) von 65 % bis 85 % aufweisen. -
√ 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-Flow-Batterie im Besitz vonAvista Utilities und hergestellt von UniEnergy Technologies.
- ⭐Grid-Speicher:VRFBs eignen sich besonders gut zur Speicherung überschüssiger Energie aus erneuerbaren Quellen wie Wind und Sonne und bieten einen Puffer, um die Schwankungen dieser Energiequellen auszugleichen.
- ⭐Integration erneuerbarer Energien:Sie können Energie speichern, wenn die Nachfrage gering ist, und sie während der Spitzenlastzeiten wieder abgeben.
- ⭐Notstromversorgung:VRFBs können auch für Notstromsysteme in kritischen Infrastrukturen eingesetzt werden.
Vanadium-Redox-Flow-Batterie vs. Lithium-Ionen-Batterie
| Besonderheit | Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VFB) | |
| Sicherheit | Aufgrund der wässrigen Elektrolytlösungen ist es von Natur aus sicherer, da keine thermische Durchgehgefahr, Brände oder Explosionen auftreten können. | Kann bei Beschädigung oder Überhitzung Sicherheitsrisiken bergen, darunter thermisches Durchgehen, Brände oder Explosionen. |
| Skalierbarkeit | Leicht skalierbar, ermöglicht modulare Erweiterung und eignet sich für große Speicheranlagen (Hunderte von MWh). | Weniger skalierbar; wird typischerweise in Einheiten fester Größe eingesetzt, obwohl es für einige Anwendungen skalierbar ist. |
| Anfangskosten | Höhere Anfangsinvestitionen im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. | Geringere Anschaffungskosten im Vergleich zu VFBs. |
| Energiedichte | Aufgrund ihrer geringeren Energiedichte (12-40 Wh/kg) sind sie für mobile Anwendungen wie Elektrofahrzeuge ungeeignet. | Höhere Energiedichte (80-300 Wh/kg), ideal für mobile Anwendungen wie Elektrofahrzeuge (EVs). |
| Energieumwandlungseffizienz | Geringerer Wirkungsgrad (70-75%) im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien. | Höherer Wirkungsgrad (90%) dank effizienterer Lade-/Entladezyklen. |
| Lebenszyklus | Extrem lange Lebensdauer (>10.000 Zyklen, einige sogar über 20.000 Zyklen). | Kürzere Lebensdauer (in der Regel 1.000-3.000 Zyklen, abhängig von Batterietyp und Nutzung). |
| Lebenszeitkosten | Geringere Kosten pro Wattstunde (Wh) über den gesamten Lebenszyklus. Umweltfreundlicher durch recycelbare Vanadium-Elektrolyte. | Höhere Lebenszykluskosten pro Wattstunde aufgrund kürzerer Lebensdauer und Degradation im Laufe der Zeit. |
| Kosten pro Wh | Derzeit liegt der Preis bei etwa 0,30 bis 0,40 US-Dollar pro Wh und ist daher kostengünstiger für die langfristige Energiespeicherung. | Typischerweise 0,50 $ pro Wh, höhere Kosten für die Langzeitspeicherung aufgrund kürzerer Lebensdauer und schnellerer Degradation. |
▲Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VFBs) Aufgrund ihrer Sicherheit, Skalierbarkeit, langen Lebensdauer und langfristigen Kosteneffizienz eignen sie sich besser für großflächige Energiespeicheranwendungen. Ihre geringe Energiedichte und die hohen Anschaffungskosten machen sie jedoch für Anwendungen wie Elektrofahrzeuge ungeeignet.
▲ Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion)Aufgrund ihrer höheren Energiedichte werden sie häufiger für tragbare Anwendungen wie Elektrofahrzeuge eingesetzt, bergen aber im Vergleich zu VFBs Sicherheitsrisiken, eine kürzere Lebensdauer und höhere Langzeitkosten.
Die 10 größten Hersteller von Vanadium-Flussbatterien
Weltweit arbeiten mehrere Unternehmen und Organisationen an der Entwicklung und Vermarktung von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFBs), wobei der Schwerpunkt aufgroßflächige EnergiespeicherlösungenZu den wichtigsten Akteuren auf dem VRFB-Markt zählen sowohl etablierte Unternehmen als auch Startups, die sich auf diese Technologie spezialisiert haben.
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 sind für industrielle Anwendungen und die Speicherung in Stromnetzen bestimmt.
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 Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB). Das Unternehmen bietet großtechnische Energiespeicherlösungen an und ist sowohl in China als auch auf internationalen Märkten besonders aktiv.
3. SUmitomo Electric Industries
- Standort: Japan
- Überblick: Sumitomo hat maßgeblich zur Entwicklung der Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Technologie beigetragen. 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 von Vanadium-basierten Flussbatterien für die Energiespeicherung im Netzmaßstab spezialisiert. Das Unternehmen konzentriert sich auf die Integration erneuerbarer Energiequellen wie Solar- und Windenergie mit Energiespeichern.
5. Sivens
- Standort:Frankreich
- Überblick: Sivens ist ein französisches Unternehmen, das sich mit der Herstellung von VRFB-Systemen zur Energiespeicherung befasst. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung kostengünstiger und langlebiger Energiespeicherlösungen für kommerzielle und industrielle Anwendungen.
- Standort:Kanada
- Überblick: VanadiumCorp Resource Inc. ist ein kanadisches Bergbau- und Technologieunternehmen, das sich auf die Vanadiumgewinnung und die Entwicklung der Vanadium-Redox-Flow-Batterie-Technologie (VRFB) spezialisiert hat. Das Unternehmen arbeitet an der Verbesserung der Effizienz der Vanadiumgewinnung und der Entwicklung neuer Anwendungsgebiete für VRFBs.
7. Energiespeichersysteme (ESS, Inc.)
- Standort:Vereinigte Staaten
- Überblick:ESS Inc. ist ein Unternehmen, das sich auf Langzeit-Energiespeicherlösungen mittels Eisen-Redox-Flow-Batterien spezialisiert hat. Diese Technologie ähnelt Vanadium-Redox-Flow-Batterien, verwendet jedoch Eisen anstelle von Vanadium. ESS bietet großtechnische Energiespeicherlösungen an und ist Teil des wachsenden Marktes für Redox-Flow-Batterien.
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 netzgebundene Energiespeicherung. Das Unternehmen ist insbesondere an groß angelegten 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-Flussbatterien in Energiesysteme, um nachhaltige, großtechnische 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 Systeme für erneuerbare Energien.
Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Obwohl Vanadium-Redox-Flow-Batterien vielversprechende Vorteile bieten, gibt es einige Herausforderungen, die bewältigt werden müssen:
- ●Preis für eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie:Die Kosten für Vanadium und die für großtechnische VFB-Systeme benötigte Infrastruktur können relativ hoch sein. Mit zunehmender Reife der Technologie und steigender Vanadiumproduktion werden die Kosten jedoch voraussichtlich sinken.
- ●Energiedichte:Obwohl VFBs eine ausgezeichnete Langzeitkapazität aufweisen, ist ihre Energiedichte (die gespeicherte Energiemenge pro Volumen- oder Gewichtseinheit) 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: Die Effizienz von Vanadium-Redox-Flow-Batterien ist zwar hoch, aber noch etwas geringer als die von Lithium-Ionen-Batterien. Verbesserungen bei Materialien und Design dürften die Effizienz jedoch im Laufe der Zeit steigern.
Abschluss
Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VFB) ist eine innovative und vielversprechende Energiespeicherlösung mit dem Potenzial, großtechnische Energiespeichersysteme grundlegend zu verändern. Ihre Skalierbarkeit, lange Lebensdauer, Sicherheit und umweltfreundliche Bauweise machen sie zu einer attraktiven Option für die Netzspeicherung, die Integration erneuerbarer Energien und andere großtechnische Energiespeicheranwendungen. Mit zunehmender Reife der Technologie und sinkenden Kosten könnten VFBs in Zukunft eine Schlüsselrolle spielen.nachhaltige Energiespeicherungund so zu einem widerstandsfähigeren und zuverlässigeren Energienetz beizutragen.
Veröffentlichungsdatum: 07.01.2025