Vanadiini-redox-virtausakut (VFB)ovat nouseva energian varastointiteknologia, jolla on merkittävää potentiaalia, erityisesti laajamittaisissa ja pitkäaikaisissa varastointisovelluksissa. Toisin kuin perinteisetladattavan akun säilytysVFB:t käyttävät vanadiumelektrolyyttiliuosta sekä positiivisissa että negatiivisissa elektrodeissa, mikä tekee niistä ainutlaatuisia suunnittelussa ja toiminnassa.
Mikä on vanadiini-redox-virtausakku?
Thevanadiini-redox-akku (VRB), joka tunnetaan myös nimellä vanadiinivirtausakku (VFB) tai vanadiiniredox-virtausakku (VRFB), on ladattavan virtausakun tyyppi.
Se käyttää eri hapetusasteisia vanadiini-ioneja sähköenergian varastointiin ja vapauttamiseen. Toisin kuin perinteiset akut, VRFB-akut varastoivat energiaa nestemäisiin elektrolyytteihin, jotka kiertävät järjestelmässä kiinteiden elektrodien sijaan. Tämä rakenne mahdollistaa skaalautuvan ja joustavan käytön.energian varastointiratkaisut.
Vanadiiniredox-virtausakun tärkeimmät komponentit
| Keskeinen komponentti | Kuvaus |
| Elektrolyytit | - VRFB käyttää kahta nestemäistä elektrolyyttiä, jotka tyypillisesti sisältävät vanadiinia eri hapetusasteissa (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ ja V⁵⁺). |
| Elektrodit | - Kaksi elektrodia (yleensä hiiltä tai vastaavia materiaaleja) helpottavat redox-reaktioita (pelkistystä ja hapettumista) energian vapauttamiseksi tai varastoimiseksi. |
| Kalvo | - Protonijohtava kalvo (usein Nafionista valmistettu) erottaa kaksi elektrolyyttiliuosta, mikä mahdollistaa ionien virtauksen kahden puolen välillä lataus-/purkaussyklin aikana. |
| Pumput ja virtausjärjestelmä | - Nämä komponentit kierrättävät elektrolyyttejä sähkökemiallisen kennon läpi varmistaen vanadiini-ionien jatkuvan virtauksen energianmuunnosprosessia varten. |
Miten vanadiumredox-virtausakku toimii?
- 1. Purkaussykli
- Purkauksen aikana positiivisissa ja negatiivisissa elektrolyyttiliuoksissa olevat vanadiini-ionit hapettuvat ja pelkistyvät elektrodeilla vapauttaen sähköenergiaa.
- 2. Lataussykli
- Latauksen aikana energiaa varastoidaan kääntämällä hapetus- ja pelkistysreaktiot takaisin alkuperäisiin hapetusasteisiinsa, jolloin vanadiini-ionit palautuvat alkuperäisiin hapetusasteisiinsa. Tässä prosessissa järjestelmään syötetään ulkoinen virta.
- 3. Virtaavat elektrolyytit
- Virtausakkujen keskeinen ominaisuus on nestemäisten elektrolyyttien käyttö, joita pumpataan järjestelmän läpi, mikä mahdollistaa akun kapasiteetin helpon lisäämisen yksinkertaisesti suurentamalla elektrolyyttisäiliöiden kokoa.
Vanadiini-redox-virtausakkujen edut
- √ Skaalautuvuus
VRFB-yhdisteitä voidaan helposti skaalata suurentaa elektrolyyttisäiliöiden kokoa kasvattamalla, mikä tekee niistä ihanteellisia laajamittaisiin energian varastointisovelluksiin, kuten verkon tasapainottamiseen ja uusiutuvan energian varastointiin. - √ Pitkä sykli
Vanadiini ei hajoa syklin aikana (koska siinä käytetään samaa materiaalia sekä positiivisissa että negatiivisissa elektrolyyteissä), mikä antaa VRFB-akuille pidemmän käyttöiän verrattuna muihin akkukemioihin.
Naturgy otti käyttöön tämän vanadiinivirtausakun Zamorassa, Espanjassa.
- √Turvallisuus
VRFB-akut ovat suhteellisen turvallisia, koska elektrolyytit ovat palamattomia ja myrkyttömiä. Nestemäinen muoto vähentää myös lämpöpurkauksen riskiä, joka voi olla huolenaihe joissakin muuntyyppisissä akuissa. - √ Tehokkuus
VRFB-purkujen edestakainen hyötysuhde (purkauksen aikana talteen otetun energian prosenttiosuus) voi vaihdella 65 prosentista 85 prosenttiin suunnittelusta ja käyttöolosuhteista riippuen. -
√ Energian ja tehon irtikytkentä
VRFB:t voivat skaalata itsenäisesti energiaa (elektrolyyttisäiliöiden koko) ja tehoa (sähkökemiallisen kennon koko) komponentteja, mikä antaa niille joustavuutta eri sovelluksiin.
Vanadiini-redox-virtausakkujen sovellukset
1 MW:n ja 4 MWh:n konttimainen vanadiinivirtausakku, jonka omistaaAvista Utilities ja valmistaja UniEnergy Technologies.
- ⭐Ruudukkovarastointi:VRFB-kattilat ovat erityisen hyödyllisiä uusiutuvien lähteiden, kuten tuulen ja aurinkoenergian, ylimääräisen energian varastoinnissa, sillä ne tarjoavat puskurin näiden energialähteiden ajoittaisen tuotannon tasoittamiseksi.
- ⭐Uusiutuvan energian integrointi:Ne voivat varastoida energiaa, kun kysyntä on vähäistä, ja vapauttaa sitä huippukysynnän aikana.
- ⭐Varavirta:VRFB-kytkimiä voidaan käyttää myös kriittisen infrastruktuurin varavirtajärjestelmissä.
Vanadiini-redox-virtausakku vs. litiumioniakku
| Ominaisuus | Vanadiini-redox-virtausakku (VFB) | |
| Turvallisuus | Luonnostaan turvallisempi vesipitoisten elektrolyyttiliuosten ansiosta, ei lämpöpurkauksia, tulipaloja tai räjähdyksiä. | Voi aiheuttaa turvallisuusriskejä, kuten lämpöpurkauksia, tulipaloja tai räjähdyksiä, jos se vaurioituu tai ylikuumenee. |
| Skaalautuvuus | Helposti skaalautuva, mahdollistaa modulaarisen laajennuksen, joka sopii suuriin varastotiloihin (satoja MWh). | Vähemmän skaalautuva; käytetään tyypillisesti kiinteän kokoisissa yksiköissä, vaikka sitä voidaan skaalata joissakin sovelluksissa. |
| Alkuperäiset kustannukset | Suurempi alkuinvestointi verrattuna litiumioniakkuihin. | Pienemmät alkukustannukset verrattuna VFB:hen. |
| Energiatiheys | Alhaisempi energiatiheys (12–40 Wh/kg), mikä tekee niistä sopimattomia mobiilisovelluksiin, kuten sähköautoihin. | Korkeampi energiatiheys (80–300 Wh/kg), ihanteellinen mobiilisovelluksiin, kuten sähköajoneuvoihin. |
| Energianmuunnostehokkuus | Alhaisempi hyötysuhde (70–75 %) verrattuna litiumioniakkuihin. | Korkeampi hyötysuhde (90 %) tehokkaampien lataus-/purkaussyklien ansiosta. |
| Syklielämä | Erittäin pitkä syklin käyttöikä (> 10 000 sykliä, jotkut yli 20 000 sykliä). | Lyhyempi syklin käyttöikä (yleensä 1 000–3 000 sykliä akun tyypistä ja käytöstä riippuen). |
| Elinaikaiset kustannukset | Alemmat kustannukset wattituntia (Wh) kohden koko elinkaaren ajan. Ympäristöystävällisempi kierrätettävien vanadiinielektrolyyttien ansiosta. | Korkeammat käyttöikäkustannukset wattituntia kohden lyhyemmän syklin käyttöiän ja ajan myötä tapahtuvan heikkenemisen vuoksi. |
| Hinta per wattitunti | Tällä hetkellä noin 0,30–0,40 dollaria Wh:lta, mikä on kustannustehokkaampaa pitkäaikaiseen energian varastointiin. | Tyypillisesti 0,50 dollaria Wh:lta, korkeammat kustannukset pitkäaikaisessa tallennuksessa lyhyemmän syklin käyttöiän ja nopeamman hajoamisen vuoksi. |
▲Vanadiini-redox-virtausakut (VFB) sopivat paremmin laajamittaisiin, pitkäaikaisiin energian varastointisovelluksiin turvallisuuden, skaalautuvuuden, pitkän käyttöiän ja kustannustehokkuuden ansiosta pitkällä aikavälillä. Niiden alhainen energiatiheys ja korkeat alkukustannukset tekevät niistä kuitenkin sopimattomia esimerkiksi sähköajoneuvoihin.
▲ Litiumioniakut (Li-ion)Niitä käytetään laajemmin kannettavissa sovelluksissa, kuten sähköajoneuvoissa, niiden suuremman energiatiheyden vuoksi, mutta niihin liittyy turvallisuusriskejä, lyhyempi syklin käyttöikä ja korkeammat pitkän aikavälin kustannukset verrattuna VFB:ihin.
10 parasta vanadiinivirtausakkujen yritystä
Useat yritykset ja organisaatiot ympäri maailmaa työskentelevät vanadiini-redox-virtausakkujen (VRFB) kehittämisen ja kaupallistamisen parissa, keskittyenlaajamittaiset energian varastointiratkaisutJoitakin VRFB-markkinoiden keskeisiä toimijoita ovat sekä vakiintuneet yritykset että tähän teknologiaan erikoistuneet startup-yritykset.
1. RedT Energy (nykyisin Invinity Energy Systems)
- Sijainti: Yhdistynyt kuningaskunta
- Yleiskatsaus: RedT Energy fuusioitui HydroStarin kanssa muodostaen Invinity Energy Systemsin. He ovat erikoistuneet VRFB-teknologiaan perustuviin pitkäaikaisiin energian varastointiratkaisuihin. Heidän tuotteensa on suunnattu teollisuuden ja sähköverkkojen energian varastointisovelluksiin.
2. VRB-energia
- Sijainti: Kiina / Kanada
- Yleiskatsaus:VRB Energy on Kiinan valtion sähköverkkoyhtiön tytäryhtiö, ja se keskittyy VRFB-reaktoreiden kehittämiseen ja kaupallistamiseen. He tarjoavat laajamittaisia energian varastointiratkaisuja ja ovat erityisen aktiivisia sekä Kiinassa että kansainvälisillä markkinoilla.
3. Sumitomo Electric Industries
- Sijainti: Japani
- Yleiskatsaus: Sumitomo on ollut merkittävä toimija Vanadium Redox Flow -akkuteknologian kehittämisessä. Yritys on kehittänyt omia VRFB-järjestelmiään ja ottanut niitä käyttöön useissa energian varastointiprojekteissa, erityisesti Japanin markkinoilla.
- Sijainti: Yhdysvallat
- Yleiskatsaus:Imergy Power Systems on erikoistunut vanadiinipohjaisten virtausakkujen kehittämiseen verkkopohjaista energian varastointia varten. Yritys keskittyy uusiutuvien energialähteiden, kuten aurinko- ja tuulivoiman, integrointiin energian varastointiin.
5. Kuusitoista
- Sijainti:Ranska
- Yleiskatsaus: Sivens on ranskalainen yritys, joka valmistaa VRFB-järjestelmiä energian varastointiin. He keskittyvät kehittämään kustannustehokkaita ja pitkäikäisiä energian varastointiratkaisuja sekä kaupallisiin että teollisiin sovelluksiin.
- Sijainti:Kanada
- Yleiskatsaus: VanadiumCorp Resource Inc. on kanadalainen kaivos- ja teknologiayritys, joka keskittyy vanadiinin louhintaan ja VRFB-teknologian kehittämiseen. Yritys työskentelee vanadiinin louhinnan tehokkuuden parantamiseksi ja uusien VRFB-sovellusten kehittämiseksi.
7. Energian varastointijärjestelmät (ESS, Inc.)
- Sijainti:Yhdysvallat
- Yleiskatsaus:ESS Inc. on yritys, joka keskittyy pitkäkestoisiin energian varastointiratkaisuihin käyttäen rautavirtausakkuteknologiaa, joka on samanlainen kuin VRFB, mutta käyttää rautaa vanadiinin sijaan. He tarjoavat laajamittaisia energian varastointiratkaisuja, mutta heidän työnsä on osa kasvavia virtausakkumarkkinoita.
8. CellCube-energian varastointijärjestelmät
- Sijainti:Itävalta / Kanada
- Yleiskatsaus: Gildemeister Energy Storagen tytäryhtiö CellCube keskittyy vanadiini-redox-virtausakkujen valmistukseen ja käyttöönottoon verkkovarastointia varten. Yhtiö on erityisen mukana laajamittaisissa energian varastointiprojekteissa Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa.
9. Uusiutuvan energian ratkaisut (RES Group)
- Sijainti: Yhdistynyt kuningaskunta
- Yleiskatsaus:RES Group, suuri maailmanlaajuinen uusiutuvan energian toimija, työskentelee vanadiinivirtausakkujen integroimiseksi energiajärjestelmiin osana tavoitettaan kehittää kestäviä, laajamittaisia energian varastointiratkaisuja uusiutuville energialähteille.
- Sijainti:Kiina
- Yleiskatsaus: Pu Neng (PNT) on kiinalainen yritys, joka kehittää ja valmistaa vanadium-redox-virtausakkuja sekä pienimuotoisiin että suuriin energian varastointiratkaisuihin. He keskittyvät VRFB-akkujen integrointiin uusiutuvan energian järjestelmiin.
Haasteet ja tulevaisuudennäkymät
Vaikka vanadiini-redox-virtausakut tarjoavat lupaavia etuja, on olemassa joitakin haasteita, joihin on puututtava:
- ●Vanadiini Redox Flow -akun hinta:Vanadiinin ja laajamittaisten VFB-järjestelmien vaatiman infrastruktuurin hinta voi olla suhteellisen korkea. Teknologian kypsyessä ja vanadiinin tuotannon skaalautuessa kustannusten odotetaan kuitenkin laskevan.
- ●Energiatiheys:Vaikka VFB-akuilla on erinomaiset pitkäkestoiset ominaisuudet, niiden energiatiheys (varastoitu energiamäärä tilavuus- tai painoyksikköä kohti) on pienempi kuin litiumioniakkujen tai puolijohdeakkujen. Tämä voi tehdä niistä vähemmän sopivia sovelluksiin, joissa tila ja paino ovat kriittisiä.
- ●Tehokkuus: VFB-akkujen hyötysuhde on korkea, mutta silti hieman litiumioniakkuja alhaisempi. Materiaalien ja suunnittelun parannusten odotetaan kuitenkin parantavan hyötysuhdetta ajan myötä.
Johtopäätös
Vanadiini-redox-virtausakku on innovatiivinen ja lupaava energian varastointiratkaisu, jolla on potentiaalia mullistaa laajamittaiset energian varastointijärjestelmät. Sen skaalautuvuus, pitkä käyttöikä, turvallisuus ja ympäristöystävällinen muotoilu tekevät siitä houkuttelevan vaihtoehdon verkkovarastointiin, uusiutuvan energian integrointiin ja muihin laajamittaisiin energian varastointisovelluksiin. Teknologian kypsyessä ja kustannussäästöjen toteutuessa VFB:t voisivat olla avainasemassa tulevaisuudessa.kestävä energian varastointi, mikä auttaa luomaan kestävämmän ja luotettavamman energiaverkon.
Julkaisun aika: 07.01.2025