Batteries à flux redox au vanadium (VFB)constituent une technologie émergente de stockage d'énergie dotée d'un potentiel considérable, notamment pour les applications de stockage à grande échelle et de longue durée. Contrairement aux technologies conventionnellesstockage de batterie rechargeableLes VFB utilisent une solution d'électrolyte au vanadium pour les électrodes positives et négatives, ce qui les rend uniques dans leur conception et leur fonctionnement.
Qu'est-ce qu'une batterie Vanadium Redox Flow ?
Lebatterie redox au vanadium (VRB), également connue sous le nom de batterie à flux de vanadium (VFB) ou batterie à flux redox de vanadium (VRFB), est un type de batterie à flux rechargeable.
Elle utilise des ions vanadium dans différents états d'oxydation pour stocker et libérer l'énergie électrique. Contrairement aux batteries classiques, les VRFB stockent l'énergie dans des électrolytes liquides qui circulent dans le système plutôt que dans des électrodes solides. Cette conception permet une évolutivité et une flexibilité accrues.solutions de stockage d'énergie.
Composants clés d'une batterie à flux redox au vanadium
| Composant clé | Description |
| Électrolytes | - VRFB utilise deux électrolytes liquides, contenant généralement du vanadium dans différents états d'oxydation (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ et V⁵⁺). |
| Électrodes | - Deux électrodes (généralement en carbone ou en matériaux similaires) facilitent les réactions redox (réduction et oxydation) pour libérer ou stocker de l'énergie. |
| Membrane | - Une membrane conductrice de protons (souvent en Nafion) sépare les deux solutions électrolytiques, permettant le flux d'ions entre les deux côtés pendant le cycle de charge/décharge. |
| Pompes et système de débit | - Ces composants font circuler les électrolytes à travers la cellule électrochimique, assurant un flux continu d'ions vanadium pour le processus de conversion d'énergie. |
Comment fonctionne une batterie Vanadium Redox Flow ?
- 1. Cycle de décharge
- Lors de la décharge, les ions vanadium dans les solutions électrolytiques positives et négatives subissent des réactions d'oxydation et de réduction au niveau des électrodes, libérant de l'énergie électrique.
- 2. Cycle de charge
- Lors de la charge, l'énergie est stockée en inversant les réactions d'oxydation et de réduction, ramenant les ions vanadium à leur état d'oxydation initial. Ce processus implique l'application d'un courant externe au système.
- 3. Électrolytes en circulation
- La principale caractéristique des batteries à flux est l'utilisation d'électrolytes liquides pompés à travers le système, ce qui permet d'augmenter facilement la capacité de la batterie en agrandissant simplement la taille des réservoirs de stockage d'électrolyte.
Avantages des batteries Vanadium Redox Flow
- √ Évolutivité
Les VRFB peuvent être facilement mis à l'échelle en augmentant la taille des réservoirs d'électrolyte, ce qui les rend idéaux pour les applications de stockage d'énergie à grande échelle telles que l'équilibrage du réseau et le stockage d'énergie renouvelable. - √ Longue durée de vie
Le vanadium ne se dégrade pas pendant le cyclage (car il utilise le même matériau pour les électrolytes positifs et négatifs), ce qui confère aux VRFB une durée de vie opérationnelle plus longue par rapport aux autres chimies de batterie.
Naturgy a déployé cette batterie à flux de vanadium à Zamora, en Espagne.
- √Sécurité
Les VRFB sont relativement sûres car leurs électrolytes sont ininflammables et non toxiques. Leur forme liquide réduit également le risque d'emballement thermique, qui peut être problématique avec d'autres types de batteries. - √ Efficacité
Les VRFB peuvent avoir des rendements aller-retour (le pourcentage d'énergie récupérée lors de la décharge) allant de 65 % à 85 %, selon la conception et les conditions de fonctionnement. -
√ Découplage de l'énergie et de la puissance
Les VRFB peuvent dimensionner indépendamment les composants énergétiques (taille des réservoirs d'électrolyte) et de puissance (taille de la cellule électrochimique), ce qui leur confère une flexibilité pour différentes applications.
Applications des batteries à flux redox au vanadium
La batterie à flux de vanadium conteneurisée de 1 MW 4 MWh appartenant àAvista Utilities et fabriqué par UniEnergy Technologies.
- ⭐Stockage en réseau :Les VRFB sont particulièrement utiles pour stocker l’excès d’énergie provenant de sources renouvelables comme l’éolien et le solaire, fournissant un tampon pour atténuer l’intermittence de ces sources d’énergie.
- ⭐Intégration des énergies renouvelables :Ils peuvent stocker de l’énergie lorsque la demande est faible et la libérer pendant les heures de pointe.
- ⭐Alimentation de secours:Les VRFB peuvent également être utilisés pour les systèmes d’alimentation de secours dans les infrastructures critiques.
Batterie à flux redox au vanadium VS batterie lithium-ion
| Fonctionnalité | Batterie à flux redox au vanadium (VFB) | |
| Sécurité | Intrinsèquement plus sûr grâce aux solutions électrolytiques aqueuses, pas d'emballement thermique, d'incendies ou d'explosions. | Peut présenter des risques pour la sécurité, notamment un emballement thermique, des incendies ou des explosions en cas de dommage ou de surchauffe. |
| Évolutivité | Facilement évolutif, permettant une extension modulaire adaptée aux grandes installations de stockage (des centaines de MWh). | Moins évolutif ; généralement utilisé dans des unités de taille fixe, bien qu'il puisse être mis à l'échelle pour certaines applications. |
| Coût initial | Investissement initial plus élevé par rapport aux batteries Li-ion. | Coût initial inférieur par rapport aux VFB. |
| Densité énergétique | Densité énergétique plus faible (12-40 Wh/kg), ce qui les rend inadaptés aux applications mobiles comme les véhicules électriques. | Densité énergétique plus élevée (80-300 Wh/kg), idéale pour les applications mobiles comme les véhicules électriques (VE). |
| Efficacité de conversion énergétique | Efficacité inférieure (70-75%) par rapport aux batteries Li-ion. | Efficacité supérieure (90 %) grâce à des cycles de charge/décharge plus efficaces. |
| Cycle de vie | Durée de vie extrêmement longue (> 10 000 cycles, certains dépassant 20 000 cycles). | Durée de vie plus courte (généralement 1 000 à 3 000 cycles, selon le type de batterie et l’utilisation). |
| Coûts à vie | Coût par wattheure (Wh) réduit sur l'ensemble du cycle de vie. Plus écologique grâce aux électrolytes au vanadium recyclables. | Coût de vie plus élevé par wattheure en raison d'une durée de vie plus courte et d'une dégradation au fil du temps. |
| Coût par Wh | Actuellement, environ 0,30 à 0,40 $ par Wh, ce qui est plus rentable pour le stockage d’énergie à long terme. | Généralement 0,50 $ par Wh, coût plus élevé pour le stockage à long terme en raison d'une durée de vie plus courte et d'une dégradation plus rapide. |
▲Batteries à flux redox au vanadium (VFB) Ils sont plus adaptés aux applications de stockage d'énergie à grande échelle et de longue durée en raison de leur sécurité, de leur évolutivité, de leur longue durée de vie et de leur rentabilité à long terme. Cependant, leur faible densité énergétique et leur coût initial élevé les rendent inadaptés à des applications comme les véhicules électriques.
▲ Batteries lithium-ion (Li-ion)sont plus largement utilisés pour les applications portables comme les véhicules électriques en raison de leur densité énergétique plus élevée, mais ils comportent des risques de sécurité, une durée de vie plus courte et des coûts à long terme plus élevés par rapport aux VFB.
Top 10 des fabricants de batteries à flux de vanadium
Il existe plusieurs entreprises et organisations dans le monde qui travaillent sur le développement et la commercialisation de batteries à flux redox au vanadium (VRFB), en mettant l'accent sursolutions de stockage d'énergie à grande échelle. Certains acteurs clés du marché VRFB comprennent à la fois des entreprises établies et des startups spécialisées dans cette technologie.
1. RedT Energy (maintenant Invinity Energy Systems)
- Emplacement: Royaume-Uni
- Aperçu: RedT Energy a fusionné avec HydroStar pour former Invinity Energy Systems. L'entreprise est spécialisée dans les solutions de stockage d'énergie longue durée basées sur la technologie VRFB. Ses produits sont destinés aux applications de stockage d'énergie industrielles et à l'échelle du réseau.
2. VRB Énergie
- Emplacement: Chine / Canada
- Aperçu:VRB Energy est une filiale de la State Grid Corporation chinoise et se concentre sur le développement et la commercialisation de VRFB. Elle propose des solutions de stockage d'énergie à grande échelle et est particulièrement active en Chine et à l'international.
3. SIndustries électriques Umitomo
- Emplacement: Japon
- Aperçu: Sumitomo a joué un rôle majeur dans le développement de la technologie des batteries à flux redox au vanadium. L'entreprise a développé ses propres systèmes VRFB et les a mis en œuvre dans divers projets de stockage d'énergie, notamment sur le marché japonais.
4. Systèmes d'alimentation Imergy
- Emplacement: États-Unis
- Aperçu:Imergy Power Systems est spécialisée dans le développement de batteries à flux au vanadium pour le stockage d'énergie à l'échelle du réseau. L'entreprise se concentre sur l'intégration de sources d'énergie renouvelables comme le solaire et l'éolien au stockage d'énergie.
5. Sivens
- Emplacement:France
- Aperçu: Sivens est une entreprise française spécialisée dans la production de systèmes VRFB pour le stockage d'énergie. Elle se concentre sur le développement de solutions de stockage d'énergie économiques et durables pour des applications commerciales et industrielles.
- Emplacement:Canada
- Aperçu: VanadiumCorp Resource Inc. est une société minière et technologique canadienne spécialisée dans l'extraction du vanadium et le développement de la technologie VRFB. L'entreprise travaille à améliorer l'efficacité de l'extraction du vanadium et à développer de nouvelles applications pour les VRFB.
7. Systèmes de stockage d'énergie (ESS, Inc.)
- Emplacement:États-Unis
- Aperçu:ESS Inc. est une entreprise spécialisée dans les solutions de stockage d'énergie longue durée utilisant la technologie des batteries à flux de fer, similaire à la VRFB, mais utilisant du fer plutôt que du vanadium. L'entreprise propose des solutions de stockage d'énergie à grande échelle, mais ses travaux s'inscrivent dans le marché en pleine croissance des batteries à flux.
8. Systèmes de stockage d'énergie CellCube
- Emplacement:Autriche / Canada
- Aperçu: CellCube, filiale de Gildemeister Energy Storage, se concentre sur la fabrication et le déploiement de batteries à flux redox au vanadium pour le stockage à l'échelle du réseau. L'entreprise est particulièrement impliquée dans des projets de stockage d'énergie à grande échelle en Europe et en Amérique du Nord.
9. Solutions d'énergie renouvelable (Groupe RES)
- Emplacement: Royaume-Uni
- Aperçu:RES Group, un acteur mondial majeur des énergies renouvelables, travaille à l'intégration de batteries à flux de vanadium dans les systèmes énergétiques dans le cadre de son objectif de développer des solutions de stockage d'énergie durables et à grande échelle pour les énergies renouvelables.
- Emplacement:Chine
- Aperçu: Pu Neng (PNT) est une entreprise chinoise qui développe et fabrique des batteries à flux redox au vanadium pour des solutions de stockage d'énergie à petite et grande échelle. Elle se concentre sur l'intégration des VRFB dans les systèmes d'énergie renouvelable.
Défis et perspectives d'avenir
Bien que les batteries Vanadium Redox Flow offrent des avantages prometteurs, certains défis doivent être relevés :
- ●Prix de la batterie Vanadium Redox Flow :Le coût du vanadium et de l'infrastructure requise pour les systèmes VFB à grande échelle peut être relativement élevé. Cependant, à mesure que la technologie mûrit et que la production de vanadium augmente, les coûts devraient diminuer.
- ●Densité énergétique :Bien que les batteries VFB offrent d'excellentes capacités de longue durée, leur densité énergétique (quantité d'énergie stockée par unité de volume ou de poids) est inférieure à celle des batteries lithium-ion ou à semi-conducteurs. Cela peut les rendre moins adaptées aux applications où l'espace et le poids sont critiques.
- ●Efficacité: Bien qu'élevé, le rendement des batteries VFB reste légèrement inférieur à celui des batteries lithium-ion. Cependant, des améliorations des matériaux et de la conception devraient permettre d'améliorer ce rendement au fil du temps.
Conclusion
La batterie à flux redox au vanadium est une solution de stockage d'énergie innovante et prometteuse, susceptible de révolutionner les systèmes de stockage d'énergie à grande échelle. Son évolutivité, sa longue durée de vie, sa sécurité et sa conception respectueuse de l'environnement en font une option intéressante pour le stockage réseau, l'intégration des énergies renouvelables et d'autres applications de stockage d'énergie à grande échelle. À mesure que la technologie mûrit et que les coûts diminuent, les batteries à flux redox au vanadium pourraient jouer un rôle clé dans l'avenir de l'énergie.stockage d'énergie durable, contribuant à créer un réseau énergétique plus résilient et plus fiable.
Date de publication : 07/01/2025