باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم (VFB)یک فناوری ذخیره‌سازی انرژی نوظهور با پتانسیل قابل توجه، به ویژه در کاربردهای ذخیره‌سازی در مقیاس بزرگ و طولانی مدت هستند. برخلاف روش‌های مرسومباتری قابل شارژ، VFB ها از محلول الکترولیت وانادیوم برای هر دو الکترود مثبت و منفی استفاده می‌کنند که آنها را از نظر طراحی و عملکرد منحصر به فرد می‌کند.
باتری جریان ردوکس وانادیوم چیست؟
باتری اکسایش-کاهش وانادیوم (VRB)که با نام‌های باتری جریانی وانادیوم (VFB) یا باتری جریانی اکسایش-کاهش وانادیوم (VRFB) نیز شناخته می‌شود، نوعی باتری جریانی قابل شارژ است.
این باتری از یون‌های وانادیوم در حالت‌های اکسیداسیون مختلف برای ذخیره و آزادسازی انرژی الکتریکی استفاده می‌کند. برخلاف باتری‌های معمولی، باتری‌های VRFB انرژی را در الکترولیت‌های مایع که در سیستم گردش می‌کنند، به جای الکترودهای جامد ذخیره می‌کنند. این طراحی امکان مقیاس‌پذیری و انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کند.راهکارهای ذخیره انرژی.
اجزای کلیدی یک باتری جریان اکسایش-کاهش وانادیوم
| جزء کلیدی | توضیحات |
| الکترولیت‌ها | - VRFB از دو الکترولیت مایع استفاده می‌کند که معمولاً حاوی وانادیوم در حالت‌های اکسیداسیون مختلف (V²⁺، V³⁺، V⁴⁺ و V⁵⁺) هستند. |
| الکترودها | دو الکترود (معمولاً کربن یا مواد مشابه) واکنش‌های اکسایش-کاهش (کاهش و اکسیداسیون) را برای آزادسازی یا ذخیره انرژی تسهیل می‌کنند. |
| غشاء | یک غشای رسانای پروتون (که اغلب از نفیون ساخته شده است) دو محلول الکترولیت را از هم جدا می‌کند و اجازه می‌دهد یون‌ها در طول چرخه شارژ/دشارژ بین دو طرف جریان داشته باشند. |
| پمپ‌ها و سیستم جریان | - این اجزا، الکترولیت‌ها را در سلول الکتروشیمیایی به گردش در می‌آورند و جریان مداوم یون‌های وانادیوم را برای فرآیند تبدیل انرژی تضمین می‌کنند. |
باتری جریان ردوکس وانادیوم چگونه کار می‌کند؟
- ۱. چرخه تخلیه
- در طول دشارژ، یون‌های وانادیوم در محلول‌های الکترولیت مثبت و منفی، در الکترودها واکنش‌های اکسیداسیون و کاهش انجام می‌دهند و انرژی الکتریکی آزاد می‌کنند.
- ۲. چرخه شارژ
- در طول شارژ، انرژی با معکوس کردن واکنش‌های اکسیداسیون و احیا ذخیره می‌شود و یون‌های وانادیوم را به حالت‌های اکسیداسیون اولیه‌شان برمی‌گرداند. این فرآیند شامل اعمال یک جریان خارجی به سیستم است.
- ۳. الکترولیت‌های روان
- ویژگی کلیدی باتری‌های جریانی، استفاده از الکترولیت‌های مایع است که از طریق سیستم پمپ می‌شوند و این امر امکان افزایش آسان ظرفیت باتری را با افزایش اندازه مخازن ذخیره‌سازی الکترولیت فراهم می‌کند.
مزایای باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم
- √ مقیاس‌پذیری
با افزایش اندازه مخازن الکترولیت، می‌توان به راحتی VRFBها را افزایش داد و این امر آنها را برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ مانند متعادل‌سازی شبکه و ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر ایده‌آل می‌کند. - √ عمر طولانی چرخه
وانادیوم در طول چرخه تخریب نمی‌شود (زیرا از ماده یکسانی برای الکترولیت‌های مثبت و منفی استفاده می‌کند)، که به VRFBها عمر عملیاتی طولانی‌تری در مقایسه با سایر ترکیبات شیمیایی باتری می‌دهد.
شرکت Naturgy این باتری جریانی وانادیومی را در زامورا، اسپانیا، مستقر کرد.
- √ایمنی
باتری‌های VRFB نسبتاً ایمن هستند زیرا الکترولیت‌های آنها غیر قابل اشتعال و غیر سمی هستند. شکل مایع همچنین خطر فرار حرارتی را کاهش می‌دهد، که می‌تواند در برخی دیگر از انواع باتری‌ها نگران کننده باشد. - √ کارایی
VRFBها می‌توانند بسته به طراحی و شرایط عملیاتی، راندمان رفت و برگشتی (درصد انرژی بازیابی شده در هنگام تخلیه) از 65٪ تا 85٪ داشته باشند. -
√ جداسازی انرژی و قدرت
VRFBها می‌توانند به طور مستقل اجزای انرژی (اندازه مخازن الکترولیت) و توان (اندازه سلول الکتروشیمیایی) را مقیاس‌بندی کنند، که به آنها انعطاف‌پذیری برای کاربردهای مختلف می‌دهد.
کاربردهای باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم
باتری جریانی وانادیوم کانتینری ۱ مگاواتی ۴ مگاوات ساعتی متعلق بهشرکت Avista Utilities و تولید شده توسط UniEnergy Technologies.
- ⭐ذخیره سازی شبکه:VRFBها به ویژه برای ذخیره انرژی اضافی از منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید مفید هستند و به عنوان یک حائل برای تعدیل نوسانات این منابع انرژی عمل می‌کنند.
- ⭐ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر:آنها می‌توانند انرژی را در زمان کم بودن تقاضا ذخیره کنند و در ساعات اوج تقاضا آن را آزاد کنند.
- ⭐قدرت پشتیبان:VRFB ها همچنین می‌توانند برای سیستم‌های برق پشتیبان در زیرساخت‌های حیاتی استفاده شوند.
باتری جریان ردوکس وانادیوم در مقابل باتری لیتیوم یون
| ویژگی | باتری جریان اکسایش-کاهش وانادیوم (VFB) | |
| ایمنی | به دلیل محلول‌های الکترولیت آبی، ذاتاً ایمن‌تر است، بدون فرار حرارتی، آتش‌سوزی یا انفجار. | در صورت آسیب دیدن یا گرم شدن بیش از حد، می‌تواند خطرات ایمنی، از جمله فرار حرارتی، آتش‌سوزی یا انفجار را ایجاد کند. |
| مقیاس‌پذیری | به راحتی قابل مقیاس‌بندی است و امکان توسعه ماژولار را فراهم می‌کند که برای تأسیسات ذخیره‌سازی بزرگ (صدها مگاوات ساعت) مناسب است. | مقیاس‌پذیری کمتری دارد؛ معمولاً در واحدهای با اندازه ثابت استفاده می‌شود، اگرچه می‌توان آن را برای برخی کاربردها مقیاس‌بندی کرد. |
| هزینه اولیه | سرمایه‌گذاری اولیه بالاتر در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی | هزینه اولیه کمتر در مقایسه با VFB ها. |
| چگالی انرژی | چگالی انرژی پایین‌تر (۱۲-۴۰ وات ساعت بر کیلوگرم)، که آنها را برای کاربردهای سیار مانند خودروهای برقی نامناسب می‌کند. | چگالی انرژی بالاتر (80-300 وات ساعت بر کیلوگرم)، ایده‌آل برای کاربردهای سیار مانند وسایل نقلیه الکتریکی (EVs). |
| راندمان تبدیل انرژی | راندمان پایین‌تر (۷۰-۷۵٪) در مقایسه با باتری‌های لیتیوم-یونی. | راندمان بالاتر (۹۰٪) به دلیل چرخه‌های شارژ/دشارژ کارآمدتر. |
| چرخه عمر | عمر چرخه‌ای بسیار طولانی (بیش از 10،000 چرخه، و برخی بیش از 20،000 چرخه). | عمر چرخه کوتاه‌تر (معمولاً ۱۰۰۰ تا ۳۰۰۰ چرخه، بسته به نوع و نحوه استفاده از باتری). |
| هزینه‌های مادام‌العمر | هزینه کمتر به ازای هر وات-ساعت (Wh) در کل چرخه عمر. سازگارتر با محیط زیست با الکترولیت‌های وانادیوم قابل بازیافت. | هزینه عمر بالاتر به ازای هر وات ساعت به دلیل چرخه عمر کوتاه‌تر و تخریب در طول زمان. |
| هزینه به ازای هر ساعت | در حال حاضر حدود 0.30 تا 0.40 دلار به ازای هر وات ساعت، برای ذخیره انرژی طولانی مدت مقرون به صرفه تر است. | معمولاً ۰.۵۰ دلار به ازای هر وات ساعت، هزینه بالاتر برای نگهداری طولانی مدت به دلیل چرخه عمر کوتاه‌تر و تخریب سریع‌تر. |
▲باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم (VFB) به دلیل ایمنی، مقیاس‌پذیری، چرخه عمر طولانی و مقرون به صرفه بودن در درازمدت، برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ و طولانی مدت مناسب‌تر هستند. با این حال، چگالی انرژی پایین و هزینه اولیه بالای آنها، آنها را برای کاربردهایی مانند وسایل نقلیه الکتریکی نامناسب می‌کند.
▲ باتری‌های لیتیوم-یون (لیتیوم-یون)به دلیل چگالی انرژی بالاتر، بیشتر برای کاربردهای قابل حمل مانند وسایل نقلیه الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما در مقایسه با VFBها، خطرات ایمنی، چرخه عمر کوتاه‌تر و هزینه‌های بلندمدت بالاتری دارند.
10 شرکت برتر باتری جریان وانادیوم
چندین شرکت و سازمان در سراسر جهان بر روی توسعه و تجاری‌سازی باتری‌های جریانی وانادیوم-اکسید-اکسید (VRFB) کار می‌کنند، که تمرکز آنها بر ...راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگبرخی از بازیگران کلیدی در بازار VRFB شامل شرکت‌های معتبر و استارت‌آپ‌های متخصص در این فناوری می‌شوند.
1. ردتی انرژی (که اکنون اینوینیتی انرژی سیستمز نام دارد)
- مکان: بریتانیا
- نمای کلی: شرکت RedT Energy با HydroStar ادغام شد تا Invinity Energy Systems را تشکیل دهد. آنها در راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی بلندمدت مبتنی بر فناوری VRFB تخصص دارند. محصولات آنها برای کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی صنعتی و در مقیاس شبکه‌ای طراحی شده‌اند.
2. انرژی VRB
- مکان: چین / کانادا
- نمای کلی:شرکت VRB Energy زیرمجموعه شرکت دولتی شبکه برق چین است و بر توسعه و تجاری‌سازی VRFBها تمرکز دارد. آنها راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ ارائه می‌دهند و به‌ویژه در بازارهای چین و بین‌المللی فعال هستند.
- مکان: ژاپن
- نمای کلی: شرکت سومیتومو نقش مهمی در توسعه فناوری باتری جریانی وانادیوم-اکسید-اکسید داشته است. این شرکت سیستم‌های VRFB مخصوص به خود را توسعه داده و آنها را در پروژه‌های مختلف ذخیره‌سازی انرژی، به‌ویژه در بازار ژاپن، پیاده‌سازی کرده است.
- مکان: ایالات متحده
- نمای کلی:شرکت Imergy Power Systems در زمینه توسعه باتری‌های جریانی مبتنی بر وانادیوم برای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه تخصص دارد. این شرکت بر ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی با ذخیره‌سازی انرژی تمرکز دارد.
5. سیونز
- مکان:فرانسه
- نمای کلی: سیونز یک شرکت فرانسوی است که در زمینه تولید سیستم‌های VRFB برای ذخیره‌سازی انرژی فعالیت می‌کند. تمرکز آنها بر توسعه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی مقرون‌به‌صرفه و بادوام برای کاربردهای تجاری و صنعتی است.
- مکان:کانادا
- نمای کلی: شرکت VanadiumCorp Resource Inc. یک شرکت معدنکاری و فناوری کانادایی است که بر استخراج وانادیوم و توسعه فناوری VRFB تمرکز دارد. این شرکت در حال کار بر روی بهبود راندمان استخراج وانادیوم و توسعه کاربردهای جدید برای VRFBها است.
7. سیستم‌های ذخیره انرژی (ESS, Inc.)
- مکان:ایالات متحده
- نمای کلی:شرکت ESS Inc. شرکتی است که بر راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی بلندمدت با استفاده از فناوری باتری جریان آهن تمرکز دارد، که مشابه VRFB است اما به جای وانادیوم از آهن استفاده می‌کند. آنها راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ ارائه می‌دهند، اما کار آنها بخشی از بازار رو به رشد باتری‌های جریان است.
8. سیستم‌های ذخیره انرژی CellCube
- مکان:اتریش / کانادا
- نمای کلی: CellCube، یکی از شرکت‌های تابعه Gildemeister Energy Storage، بر تولید و استقرار باتری‌های جریانی وانادیوم-اکسید-اکسید برای ذخیره‌سازی در مقیاس شبکه تمرکز دارد. این شرکت به ویژه در پروژه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ در اروپا و آمریکای شمالی مشارکت دارد.
9. راهکارهای انرژی تجدیدپذیر (گروه RES)
- مکان: بریتانیا
- نمای کلی:گروه RES، یکی از بازیگران بزرگ انرژی‌های تجدیدپذیر جهانی، در حال کار بر روی ادغام باتری‌های جریانی وانادیوم در سیستم‌های انرژی است که بخشی از هدف آنها توسعه راه‌حل‌های ذخیره‌سازی انرژی پایدار و در مقیاس بزرگ برای انرژی‌های تجدیدپذیر است.
۱۰. (یا: ۱۰.)پو ننگ (PNT)
- مکان:چین
- نمای کلی: پو ننگ (PNT) یک شرکت چینی است که باتری‌های جریانی وانادیوم-اکسید-اکسید را برای راهکارهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس کوچک و بزرگ توسعه و تولید می‌کند. تمرکز آنها بر ادغام VRFBها در سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر است.
چالش‌ها و چشم‌اندازهای آینده
اگرچه باتری‌های جریان ردوکس وانادیوم مزایای امیدوارکننده‌ای ارائه می‌دهند، اما چالش‌هایی نیز وجود دارد که باید به آنها پرداخته شود:
- ●قیمت باتری جریان ردوکس وانادیوم:هزینه وانادیوم و زیرساخت‌های مورد نیاز برای سیستم‌های VFB در مقیاس بزرگ می‌تواند نسبتاً بالا باشد. با این حال، با بلوغ فناوری و افزایش تولید وانادیوم، انتظار می‌رود هزینه‌ها کاهش یابد.
- ●چگالی انرژی:اگرچه باتری‌های VFB از قابلیت‌های عالی و طولانی‌مدت برخوردارند، اما چگالی انرژی آنها (میزان انرژی ذخیره‌شده در واحد حجم یا وزن) کمتر از باتری‌های لیتیوم-یون یا حالت جامد است. این امر می‌تواند آنها را برای کاربردهایی که فضا و وزن بسیار مهم هستند، نامناسب‌تر کند.
- ●کارایی: راندمان باتری‌های VFB، اگرچه بالاست، اما هنوز کمی کمتر از باتری‌های لیتیوم-یونی است. با این حال، انتظار می‌رود پیشرفت در مواد و طراحی، راندمان را در طول زمان افزایش دهد.
نتیجه‌گیری
باتری جریانی وانادیوم-اکسید-اکسید، یک راهکار ذخیره‌سازی انرژی نوآورانه و امیدوارکننده است که پتانسیل ایجاد انقلابی در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ را دارد. مقیاس‌پذیری، چرخه عمر طولانی، ایمنی و طراحی سازگار با محیط زیست، آن را به گزینه‌ای جذاب برای ذخیره‌سازی شبکه، ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر و سایر کاربردهای ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ تبدیل می‌کند. با بلوغ فناوری و کاهش هزینه‌ها، باتری‌های جریانی وانادیوم می‌توانند نقش کلیدی در آینده ایفا کنند.ذخیره انرژی پایدارو به ایجاد یک شبکه انرژی مقاوم‌تر و قابل اعتمادتر کمک می‌کند.
زمان ارسال: ژانویه-07-2025