Vanadijske redoks protočne baterije (VFB)su nova tehnologija skladištenja energije sa značajnim potencijalom, posebno u primjenama skladištenja velikih razmjera i dugog trajanja. Za razliku od konvencionalnihskladištenje punjivih baterijaVFB-ovi koriste otopinu vanadijevog elektrolita i za pozitivne i za negativne elektrode, što ih čini jedinstvenima u dizajnu i radu.
Što je vanadijeva redoks protočna baterija?
Thevanadijeva redoks baterija (VRB), također poznata kao protočna vanadijeva baterija (VFB) ili protočna vanadijeva redoks baterija (VRFB), vrsta je punjive protočne baterije.
Koristi vanadijeve ione u različitim oksidacijskim stanjima za pohranu i oslobađanje električne energije. Za razliku od konvencionalnih baterija, VRFB-ovi pohranjuju energiju u tekućim elektrolitima koji cirkuliraju kroz sustav, a ne u krutim elektrodama. Ovaj dizajn omogućuje skalabilnost i fleksibilnost.rješenja za pohranu energije.
Ključne komponente vanadijeve redoks protočne baterije
| Ključna komponenta | Opis |
| Elektroliti | - VRFB koristi dva tekuća elektrolita, koji obično sadrže vanadij u različitim oksidacijskim stanjima (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ i V⁵⁺). |
| Elektrode | - Dvije elektrode (obično ugljik ili slični materijali) olakšavaju redoks reakcije (redukciju i oksidaciju) kako bi se oslobodila ili pohranila energija. |
| Membrana | - Protonsko-provodljiva membrana (često izrađena od Nafiona) odvaja dvije otopine elektrolita, omogućujući protok iona između dvije strane tijekom ciklusa punjenja/pražnjenja. |
| Pumpe i protočni sustav | - Ove komponente cirkuliraju elektrolite kroz elektrokemijsku ćeliju, osiguravajući kontinuirani protok vanadijevih iona za proces pretvorbe energije. |
Kako funkcionira vanadijeva redoks protočna baterija?
- 1. Ciklus pražnjenja
- Tijekom pražnjenja, ioni vanadija u pozitivnim i negativnim otopinama elektrolita podliježu oksidacijskim i redukcijskim reakcijama na elektrodama, oslobađajući električnu energiju.
- 2. Ciklus punjenja
- Tijekom punjenja, energija se pohranjuje obrnutim oksidacijskim i redukcijskim reakcijama, vraćajući ione vanadija u njihova izvorna oksidacijska stanja. Ovaj proces uključuje primjenu vanjske struje na sustav.
- 3. Tekući elektroliti
- Ključna karakteristika protočnih baterija je korištenje tekućih elektrolita koji se pumpaju kroz sustav, što omogućuje jednostavno povećanje kapaciteta baterije jednostavnim povećanjem veličine spremnika za pohranu elektrolita.
Prednosti vanadijevih redoks protočnih baterija
- √ Skalabilnost
VRFB-ovi se mogu lako skalirati povećanjem veličine spremnika elektrolita, što ih čini idealnim za velike primjene skladištenja energije kao što su balansiranje mreže i skladištenje obnovljive energije. - √ Dugi vijek trajanja
Vanadij se ne degradira tijekom ciklusa (jer se isti materijal koristi i za pozitivne i za negativne elektrolite), što VRFB-ima daje dulji radni vijek u usporedbi s drugim kemijskim sastavima baterija.
Naturgy je instalirao ovu protočnu bateriju od vanadija u Zamori u Španjolskoj.
- √Sigurnost
VRFB-ovi su relativno sigurni jer elektroliti nisu zapaljivi i netoksični. Tekući oblik također smanjuje rizik od toplinskog preopterećenja, što može biti problem kod nekih drugih vrsta baterija. - √ Učinkovitost
VRFB-ovi mogu imati učinkovitost povratnog puta (postotak energije obnovljene tijekom pražnjenja) u rasponu od 65% do 85%, ovisno o dizajnu i uvjetima rada. -
√ Razdvajanje energije i snage
VRFB-ovi mogu neovisno skalirati energetske (veličinu spremnika elektrolita) i snage (veličinu elektrokemijske ćelije) komponente, što im daje fleksibilnost za različite primjene.
Primjena vanadijevih redoks protočnih baterija
Kontejnerska protočna vanadijeva baterija od 1 MW 4 MWh u vlasništvuAvista Utilities, a proizvodi ga tvrtka UniEnergy Technologies.
- ⭐Pohrana mreže:VRFB-ovi su posebno korisni za pohranjivanje viška energije iz obnovljivih izvora poput vjetra i sunca, pružajući tampon za ublažavanje prekida rada tih izvora energije.
- ⭐Integracija obnovljivih izvora energije:Mogu skladištiti energiju kada je potražnja niska i oslobađati je tijekom vršnih sati potražnje.
- ⭐Rezervno napajanje:VRFB-ovi se također mogu koristiti za rezervne sustave napajanja u kritičnoj infrastrukturi.
Vanadijska redoks protočna baterija u usporedbi s litij-ionskom baterijom
| Značajka | Vanadijska redoks protočna baterija (VFB) | |
| Sigurnost | Inherentno sigurnije zbog vodenih otopina elektrolita, bez termalnog bijega, požara ili eksplozija. | Može predstavljati sigurnosne rizike, uključujući termalni bijeg, požare ili eksplozije ako se ošteti ili pregrije. |
| Skalabilnost | Lako skalabilno, što omogućuje modularno proširenje pogodno za velike skladišne kapacitete (stotine MWh). | Manje skalabilan; obično se koristi u jedinicama fiksne veličine, iako se može skalirati za neke primjene. |
| Početni trošak | Veća početna investicija u usporedbi s litij-ionskim baterijama. | Niži početni troškovi u usporedbi s VFB-ovima. |
| Gustoća energije | Niža gustoća energije (12-40 Wh/kg), što ih čini neprikladnim za mobilne primjene poput električnih vozila. | Veća gustoća energije (80-300 Wh/kg), idealna za mobilne primjene poput električnih vozila (EV). |
| Učinkovitost pretvorbe energije | Niža učinkovitost (70-75%) u usporedbi s Li-ionskim baterijama. | Veća učinkovitost (90%) zbog učinkovitijih ciklusa punjenja/pražnjenja. |
| Životni ciklus | Iznimno dug životni vijek (>10 000 ciklusa, s nekima i preko 20 000 ciklusa). | Kraći vijek trajanja (obično 1000-3000 ciklusa, ovisno o vrsti baterije i korištenju). |
| Doživotni troškovi | Niži trošak po vat-satu (Wh) tijekom cijelog životnog ciklusa. Ekološki prihvatljiviji s reciklirajućim vanadijevim elektrolitima. | Viši trošak po vat-satu tijekom životnog vijeka zbog kraćeg životnog ciklusa i degradacije tijekom vremena. |
| Cijena po Wh | Trenutno oko 0,30-0,40 USD po Wh, što je isplativije za dugoročno skladištenje energije. | Tipično 0,50 USD po Wh, viši trošak za dugotrajno skladištenje zbog kraćeg životnog ciklusa i brže degradacije. |
▲Vanadijske redoks protočne baterije (VFB) Prikladniji su za velike i dugotrajne primjene skladištenja energije zbog svoje sigurnosti, skalabilnosti, dugog životnog ciklusa i isplativosti na dugi rok. Međutim, njihova niska gustoća energije i visoki početni troškovi čine ih neprikladnima za primjene poput električnih vozila.
▲ Litij-ionske baterije (Li-ion)se šire koriste za prijenosne primjene poput električnih vozila zbog veće gustoće energije, ali dolaze s sigurnosnim rizicima, kraćim vijekom trajanja i većim dugoročnim troškovima u usporedbi s VFB-ovima.
10 najboljih tvrtki za protočne vanadijeve baterije
Nekoliko tvrtki i organizacija diljem svijeta radi na razvoju i komercijalizaciji vanadijevih redoks protočnih baterija (VRFB), s fokusom na...rješenja za skladištenje energije velikih razmjeraNeki ključni igrači na tržištu VRFB-a uključuju i etablirane tvrtke i startupove specijalizirane za ovu tehnologiju.
1. RedT Energy (sada Invinity Energy Systems)
- Mjesto: Ujedinjeno Kraljevstvo
- Pregled: RedT Energy spojio se s HydroStarom i osnovao Invinity Energy Systems. Specijalizirani su za rješenja za dugotrajno skladištenje energije temeljena na VRFB tehnologiji. Njihovi proizvodi namijenjeni su industrijskim i mrežnim primjenama skladištenja energije.
2. VRB energija
- Mjesto: Kina / Kanada
- Pregled:VRB Energy je podružnica kineske državne elektroenergetske korporacije i fokusira se na razvoj i komercijalizaciju VRFB-ova. Nude rješenja za skladištenje energije velikih razmjera i posebno su aktivni na kineskom i međunarodnom tržištu.
3. SUmitomo Electric Industries
- Mjesto: Japan
- Pregled: Sumitomo je bio značajan igrač u razvoju tehnologije vanadijskih redoks protočnih baterija. Tvrtka je razvila vlastite VRFB sustave i implementirala ih u razne projekte skladištenja energije, posebno na japanskom tržištu.
- Mjesto: Sjedinjene Države
- Pregled:Imergi Power Systems specijaliziran je za razvoj protočnih baterija na bazi vanadija za skladištenje energije na razini mreže. Tvrtka je usmjerena na integraciju obnovljivih izvora energije poput solarne i vjetroelektrane sa skladištenjem energije.
5. Sivens
- Mjesto:Francuska
- Pregled: Sivens je francuska tvrtka koja se bavi proizvodnjom VRFB sustava za pohranu energije. Fokusiraju se na razvoj isplativih, dugotrajnih rješenja za pohranu energije za komercijalne i industrijske primjene.
- Mjesto:Kanada
- Pregled: VanadiumCorp Resource Inc. je kanadska rudarska i tehnološka tvrtka koja se fokusira na ekstrakciju vanadija i razvoj VRFB tehnologije. Tvrtka radi na poboljšanju učinkovitosti ekstrakcije vanadija i razvoju novih primjena za VRFB-ove.
7. Sustavi za pohranu energije (ESS, Inc.)
- Mjesto:Sjedinjene Države
- Pregled:ESS Inc. je tvrtka usmjerena na rješenja za dugotrajno skladištenje energije korištenjem tehnologije protočnih baterija od željeza, koja je slična VRFB-u, ali koristi željezo umjesto vanadija. Pružaju rješenja za skladištenje energije velikih razmjera, ali njihov rad dio je rastućeg tržišta protočnih baterija.
8. CellCube sustavi za pohranu energije
- Mjesto:Austrija / Kanada
- Pregled: CellCube, podružnica tvrtke Gildemeister Energy Storage, fokusira se na proizvodnju i primjenu vanadijevih redoks protočnih baterija za skladištenje energije na razini mreže. Tvrtka je posebno uključena u velike projekte skladištenja energije u Europi i Sjevernoj Americi.
9. Rješenja za obnovljive izvore energije (RES Grupa)
- Mjesto: Ujedinjeno Kraljevstvo
- Pregled:RES Grupa, veliki globalni igrač u području obnovljivih izvora energije, radi na integraciji vanadijskih protočnih baterija u energetske sustave kao dio svog cilja razvoja održivih rješenja za skladištenje energije velikih razmjera za obnovljive izvore energije.
- Mjesto:Kina
- Pregled: Pu Neng (PNT) je kineska tvrtka koja razvija i proizvodi vanadijeve redoks protočne baterije za mala i velika rješenja za pohranu energije. Fokusiraju se na integraciju VRFB-ova u sustave obnovljive energije.
Izazovi i budući izgledi
Iako vanadijeve redoks protočne baterije nude obećavajuće prednosti, postoje neki izazovi koje treba riješiti:
- ●Cijena vanadijeve redoks protočne baterije:Trošak vanadija i infrastrukture potrebne za velike VFB sustave može biti relativno visok. Međutim, kako tehnologija sazrijeva i proizvodnja vanadija se povećava, očekuje se smanjenje troškova.
- ●Gustoća energije:Iako VFB-ovi imaju izvrsne mogućnosti dugotrajnog rada, njihova gustoća energije (količina energije pohranjene po jedinici volumena ili težine) niža je od one kod litij-ionskih ili čvrstog stanja baterija. To ih može učiniti manje prikladnima za primjene gdje su prostor i težina kritični.
- ●Učinkovitost: Učinkovitost VFB-ova, iako visoka, još uvijek je nešto niža od litij-ionskih baterija. Međutim, očekuje se da će poboljšanja materijala i dizajna s vremenom povećati učinkovitost.
Zaključak
Vanadijska redoks protočna baterija inovativno je i obećavajuće rješenje za pohranu energije s potencijalom da revolucionira velike sustave za pohranu energije. Njena skalabilnost, dugi vijek trajanja, sigurnost i ekološki prihvatljiv dizajn čine je atraktivnom opcijom za pohranu u mrežu, integraciju obnovljivih izvora energije i druge primjene pohrane energije velikih razmjera. Kako tehnologija sazrijeva i ostvaruju se smanjenja troškova, VFB-ovi bi mogli igrati ključnu ulogu u budućnosti...održivo skladištenje energije, što pomaže u stvaranju otpornije i pouzdanije energetske mreže.
Vrijeme objave: 07.01.2025.