Batteries à flux redox au vanadium (VFB)Les batteries au lithium constituent une technologie de stockage d'énergie émergente présentant un potentiel important, notamment pour les applications de stockage à grande échelle et de longue durée. Contrairement aux batteries conventionnelles, elles se distinguent des batteries au lithium conventionnelles.stockage de batterie rechargeableLes batteries redox vanadium (VFB) utilisent une solution électrolytique de vanadium pour les électrodes positive et négative, ce qui les rend uniques de par leur conception et leur fonctionnement.
Qu'est-ce qu'une batterie à flux redox au vanadium ?
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 à différents états d'oxydation pour stocker et libérer de l'énergie électrique. Contrairement aux batteries conventionnelles, les batteries redox vanadium (VRFB) stockent l'énergie dans des électrolytes liquides qui circulent dans le système, et non dans des électrodes solides. Cette conception permet une mise à l'échelle et une flexibilité optimales.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 d'oxydoréduction (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 permettent la circulation des électrolytes à travers la cellule électrochimique, assurant ainsi un flux continu d'ions vanadium pour le processus de conversion d'énergie. |
Comment fonctionne une batterie à flux redox au vanadium ?
- 1. Cycle de décharge
- Lors de la décharge, les ions vanadium présents dans les solutions électrolytiques positives et négatives subissent des réactions d'oxydation et de réduction au niveau des électrodes, libérant ainsi 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 nécessite 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 redox à flux de vanadium
- √ Évolutivité
Les batteries redox vanadium (VRFB) peuvent être facilement agrandies en augmentant la taille des réservoirs d'électrolyte, ce qui les rend idéales pour les applications de stockage d'énergie à grande échelle telles que l'équilibrage du réseau et le stockage des énergies renouvelables. - √ Longue durée de vie
Le vanadium ne se dégrade pas pendant les cycles (car il utilise le même matériau pour les électrolytes positifs et négatifs), ce qui confère aux batteries redox vanadium une durée de vie opérationnelle plus longue que les autres technologies de batteries.
Naturgy a déployé cette batterie à flux de vanadium à Zamora, en Espagne.
- √Sécurité
Les batteries redox vanadium (VRFB) sont relativement sûres car leurs électrolytes sont ininflammables et non toxiques. Leur forme liquide réduit également le risque d'emballement thermique, un problème qui peut se poser avec d'autres types de batteries. - √ Efficacité
Les batteries redox vanadium (VRFB) peuvent avoir des rendements aller-retour (le pourcentage d'énergie récupérée lors de la décharge) allant de 65 % à 85 %, selon leur conception et leurs conditions de fonctionnement. -
√ Découplage énergétique et de puissance
Les batteries redox vanadium (VRFB) permettent de dimensionner indépendamment les composants énergétiques (taille des réservoirs d'électrolyte) et électriques (taille de la cellule électrochimique), ce qui leur confère une flexibilité pour différentes applications.
Applications des batteries redox à flux de vanadium
La batterie à flux de vanadium conteneurisée de 1 MW et 4 MWh appartenant àAvista Utilities et fabriqué par UniEnergy Technologies.
- ⭐Stockage sur réseau :Les batteries redox vanadium (VRFB) sont particulièrement utiles pour stocker l'énergie excédentaire 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 batteries redox vanadium peuvent également être utilisées 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 à ses solutions électrolytiques aqueuses, il ne présente aucun risque d'emballement thermique, d'incendie ou d'explosion. | Peut présenter des risques pour la sécurité, notamment un emballement thermique, des incendies ou des explosions en cas de dommages ou de surchauffe. |
| Évolutivité | Facilement extensible, permettant une extension modulaire adaptée aux grandes installations de stockage (centaines de MWh). | Moins évolutif ; généralement utilisé en unités de taille fixe, bien qu'il puisse être adapté à certaines applications. |
| coût initial | Investissement initial plus élevé que pour les batteries lithium-ion. | Coût initial inférieur à celui des VFB. |
| Densité énergétique | Leur faible densité énergétique (12-40 Wh/kg) les rend inadaptées 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 | Rendement inférieur (70-75%) par rapport aux batteries Li-ion. | Rendement supérieur (90 %) grâce à des cycles de charge/décharge plus efficaces. |
| Cycle de vie | Durée de vie extrêmement longue (>10 000 cycles, certains dépassant même les 20 000 cycles). | Durée de vie en cycles plus courte (généralement 1 000 à 3 000 cycles, selon le type de batterie et son utilisation). |
| Coûts totaux | Coût par watt-heure (Wh) inférieur sur l'ensemble du cycle de vie. Plus respectueux de l'environnement grâce aux électrolytes au vanadium recyclables. | Coût total de possession plus élevé par watt-heure en raison d'une durée de vie plus courte et d'une dégradation au fil du temps. |
| Coût par Wh | Actuellement autour de 0,30 à 0,40 $ par Wh, ce qui est plus rentable pour le stockage d'énergie à long terme. | En général, 0,50 $ par Wh, le coût étant 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) Les batteries lithium-ion sont plus adaptées aux applications de stockage d'énergie à grande échelle et de longue durée grâce à leur sécurité, leur évolutivité, leur longue durée de vie et leur rentabilité à long terme. Cependant, leur faible densité énergétique et leur coût initial élevé les rendent inadaptées à des applications telles que les véhicules électriques.
▲ Batteries lithium-ion (Li-ion)sont plus largement utilisées pour les applications portables comme les véhicules électriques en raison de leur densité énergétique plus élevée, mais elles présentent des risques pour la sécurité, une durée de vie plus courte et des coûts à long terme plus élevés que les batteries à flux de vapeur.
Les 10 principales entreprises de batteries à flux de vanadium
Plusieurs entreprises et organisations à travers le monde travaillent au développement et à la commercialisation des batteries redox à flux de vanadium (VRFB), en particulier sur les batteries redox à flux de vanadium.solutions de stockage d'énergie à grande échelleParmi les principaux acteurs du marché des batteries redox vanadium (VRFB), on trouve aussi bien des entreprises établies que des start-ups spécialisées dans cette technologie.
1. RedT Energy (désormais Invinity Energy Systems)
- Emplacement: Royaume-Uni
- Aperçu: RedT Energy a fusionné avec HydroStar pour former Invinity Energy Systems. Cette entreprise est spécialisée dans les solutions de stockage d'énergie de longue durée basées sur la technologie VRFB. Ses produits sont destinés aux applications de stockage d'énergie à l'échelle industrielle et au réseau électrique.
2. VRB Energy
- Emplacement: Chine / Canada
- Aperçu:VRB Energy, filiale de la State Grid Corporation chinoise, se spécialise dans le développement et la commercialisation de batteries redox vanadium (VRFB). Elle propose des solutions de stockage d'énergie à grande échelle et est particulièrement active sur les marchés chinois et internationaux.
3. Sindustries électriques umitomo
- Emplacement: Japon
- Aperçu: Sumitomo est un acteur majeur du développement de la technologie des batteries redox à flux de 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 de vanadium pour le stockage d'énergie à grande échelle. L'entreprise s'attache à intégrer les énergies 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 les applications commerciales et industrielles.
6. Ressources de VanadiumCorp Inc.
- 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 des batteries redox vanadium (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 de longue durée utilisant la technologie des batteries à flux de fer, similaire aux batteries redox vanadium (VRFB) mais utilisant du fer au lieu du vanadium. Elle fournit des solutions de stockage d'énergie à grande échelle et s'inscrit dans le marché en pleine expansion des batteries à flux.
8. Systèmes de stockage d'énergie CellCube
- Emplacement:Autriche / Canada
- Aperçu: CellCube, filiale de Gildemeister Energy Storage, se spécialise dans la fabrication et le déploiement de batteries redox à flux de vanadium pour le stockage d'énergie à grande échelle. L'entreprise est particulièrement impliquée dans des projets de stockage d'énergie de grande envergure en Europe et en Amérique du Nord.
9. Solutions d'énergie renouvelable (Groupe RES)
- Emplacement: Royaume-Uni
- Aperçu:RES Group, un acteur majeur mondial 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 redox à flux de vanadium pour des solutions de stockage d'énergie à petite et grande échelle. Elle se concentre sur l'intégration de ces batteries dans les systèmes d'énergies renouvelables.
Défis et perspectives d'avenir
Bien que les batteries redox à flux de vanadium offrent des avantages prometteurs, certains défis restent à relever :
- ●Prix de la batterie redox à flux de vanadium :Le coût du vanadium et des infrastructures nécessaires aux systèmes VFB à grande échelle peut être relativement élevé. Cependant, à mesure que la technologie se perfectionne et que la production de vanadium augmente, les coûts devraient diminuer.
- ●Densité énergétique :Bien que les batteries redox à flux (VFB) présentent d'excellentes capacités de longue durée, leur densité énergétique (la quantité d'énergie stockée par unité de volume ou de poids) est inférieure à celle des batteries lithium-ion ou à l'état solide. De ce fait, elles peuvent être moins adaptées aux applications où l'espace et le poids sont des facteurs critiques.
- ●Efficacité: L'efficacité des batteries redox vanadium, bien qu'élevée, reste légèrement inférieure à celle des batteries lithium-ion. Cependant, les progrès réalisés en matière de matériaux et de conception devraient permettre d'améliorer cette efficacité au fil du temps.
Conclusion
La batterie redox à flux de vanadium (VFB) 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 sur 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 VFB pourraient jouer un rôle clé dans l'avenir de l'énergie.stockage d'énergie durable, contribuant ainsi à créer un réseau énergétique plus résilient et plus fiable.
Date de publication : 7 janvier 2025