Vanádium-redox áramlási akkumulátorok (VFB-k)egy feltörekvő energiatárolási technológia, amely jelentős potenciállal rendelkezik, különösen a nagyméretű, hosszú távú tárolási alkalmazásokban. A hagyományosújratölthető akkumulátor tárolásA VFB-k vanádium elektrolit oldatot használnak mind a pozitív, mind a negatív elektródákhoz, ami egyedivé teszi őket a kialakításukban és működésükben.
Mi a vanádium-redox áramlási akkumulátor?
Avanádium-redox akkumulátor (VRB), más néven vanádium-áramlásos akkumulátor (VFB) vagy vanádium-redox áramlásos akkumulátor (VRFB), egy újratölthető áramlásos akkumulátortípus.
Különböző oxidációs állapotú vanádiumionokat használ az elektromos energia tárolására és felszabadítására. A hagyományos akkumulátorokkal ellentétben a VRFB-k folyékony elektrolitokban tárolják az energiát, amelyek a rendszerben keringenek, nem pedig szilárd elektródákban. Ez a kialakítás skálázható és rugalmas felhasználást tesz lehetővé.energiatárolási megoldások.
A vanádium-redox áramlási akkumulátor főbb alkotóelemei
| Kulcsfontosságú összetevő | Leírás |
| Elektrolitok | - A VRFB két folyékony elektrolitot használ, amelyek jellemzően különböző oxidációs állapotú vanádiumot tartalmaznak (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ és V⁵⁺). |
| Elektródák | - Két elektróda (általában szén vagy hasonló anyag) segíti elő a redoxireakciókat (redukció és oxidáció) az energia felszabadítása vagy tárolása érdekében. |
| Membrán | - Egy protonvezető membrán (gyakran Nafionból készül) választja el a két elektrolitoldatot, lehetővé téve az ionáramlást a két oldal között a töltési/kisütési ciklus során. |
| Szivattyúk és áramlási rendszer | - Ezek az alkatrészek keringtetik az elektrolitokat az elektrokémiai cellán keresztül, biztosítva a vanádiumionok folyamatos áramlását az energiaátalakítási folyamathoz. |
Hogyan működik a vanádium-redox áramlási akkumulátor?
- 1. Kisütési ciklus
- Kisülés során a pozitív és negatív elektrolitoldatokban lévő vanádiumionok oxidációs és redukciós reakciókon mennek keresztül az elektródákon, elektromos energiát szabadítva fel.
- 2. Töltési ciklus
- Töltés során az energia az oxidációs és redukciós reakciók megfordításával tárolódik, a vanádiumionok visszakerülnek eredeti oxidációs állapotukba. Ez a folyamat külső áram alkalmazását jelenti a rendszerben.
- 3. Áramló elektrolitok
- Az áramlásos akkumulátorok legfontosabb jellemzője a folyékony elektrolitok használata, amelyeket a rendszeren keresztül pumpálnak, ami lehetővé teszi az akkumulátor kapacitásának egyszerű növelését az elektrolittároló tartályok méretének egyszerű növelésével.
A vanádium-redox áramlási akkumulátorok előnyei
- √ Skálázhatóság
A VRFB-k könnyen méretezhetők az elektrolittartályok méretének növelésével, így ideálisak nagyméretű energiatárolási alkalmazásokhoz, például hálózatkiegyenlítéshez és megújuló energiatároláshoz. - √ Hosszú ciklusidő
A vanádium nem bomlik le ciklus közben (mivel ugyanazt az anyagot használja mind a pozitív, mind a negatív elektrolitokhoz), ami a VRFB-k hosszabb üzemidőt biztosítanak más akkumulátorkémiai anyagokhoz képest.
A Naturgy ezt a vanádium áramlásos akkumulátort a spanyolországi Zamorában helyezte üzembe.
- √Biztonság
A VRFB-k viszonylag biztonságosak, mivel az elektrolitok nem gyúlékonyak és nem mérgezőek. A folyékony forma csökkenti a hőmegfutás kockázatát is, ami más típusú akkumulátoroknál aggodalomra adhat okot. - √ Hatékonyság
A VRFB-k oda-vissza hatásfoka (a kisütés során visszanyert energia százalékos aránya) 65% és 85% között mozoghat, a tervezési és üzemeltetési körülményektől függően. -
√ Energia- és teljesítményszétválasztás
A VRFB-k egymástól függetlenül skálázhatják az energia- (elektrolittartályok mérete) és a teljesítmény- (az elektrokémiai cella mérete) komponenseket, ami rugalmasságot biztosít számukra a különböző alkalmazásokhoz.
Vanádium-redox áramlási akkumulátorok alkalmazásai
Az 1 MW 4 MWh-s konténeres vanádium áramlásos akkumulátor a ... tulajdonában van.Az Avista Utilities az UniEnergy Technologies gyártja.
- ⭐Rácsos tárolás:A VRFB-k különösen hasznosak a megújuló forrásokból, például a szél- és napenergiából származó felesleges energia tárolására, pufferként szolgálva ezen energiaforrások szakaszosságának kiegyenlítésére.
- ⭐Megújuló energia integrációja:Alacsony kereslet esetén képesek energiát tárolni, és csúcsidőszakokban felszabadítani.
- ⭐Tartalék tápellátás:A VRFB-k kritikus infrastruktúrákban lévő tartalék energiaellátó rendszerekként is használhatók.
Vanádium-redox áramlási akkumulátor vs. lítium-ion akkumulátor
| Jellemző | Vanádium-redox áramlási akkumulátor (VFB) | |
| Biztonság | Eredetileg biztonságosabb a vizes elektrolitoldatok miatt, nincs hőmegfutás, tűz vagy robbanás. | Biztonsági kockázatot jelenthet, beleértve a hőmegfutást, tüzet vagy robbanást, ha megsérül vagy túlmelegszik. |
| Skálázhatóság | Könnyen skálázható, lehetővé téve a moduláris bővítést, amely alkalmas nagy tárolólétesítmények (több száz MWh) számára. | Kevésbé skálázható; jellemzően fix méretű egységekben használják, bár bizonyos alkalmazásokhoz skálázható. |
| Kezdeti költség | Magasabb kezdeti beruházási költség a lítium-ion akkumulátorokhoz képest. | Alacsonyabb előzetes költség a VFB-khez képest. |
| Energiasűrűség | Alacsonyabb energiasűrűség (12-40 Wh/kg), ami miatt alkalmatlanok mobil alkalmazásokhoz, például elektromos járművekhez. | Nagyobb energiasűrűség (80-300 Wh/kg), ideális mobil alkalmazásokhoz, például elektromos járművekhez (EV). |
| Energiaátalakítási hatékonyság | Alacsonyabb hatásfok (70-75%) a lítium-ion akkumulátorokhoz képest. | Magasabb hatásfok (90%) a hatékonyabb töltési/kisütési ciklusoknak köszönhetően. |
| Ciklusélet | Rendkívül hosszú ciklusidő (>10 000 ciklus, némelyik meghaladja a 20 000 ciklust). | Rövidebb ciklusidő (általában 1000-3000 ciklus, az akkumulátor típusától és használatától függően). |
| Élettartamköltségek | Alacsonyabb wattóránkénti (Wh) költség a teljes életciklus alatt. Környezetbarátabb az újrahasznosítható vanádium elektrolitoknak köszönhetően. | Magasabb élettartam-költség wattóránként a rövidebb ciklusidő és az időbeli degradáció miatt. |
| Költség wattóránként | Jelenleg körülbelül 0,30–0,40 dollár/Wh, ami költséghatékonyabb a hosszú távú energiatároláshoz. | Általában 0,50 dollár/Wh, ami a hosszú távú tárolás magasabb költségét jelenti a rövidebb ciklusidő és a gyorsabb lebomlás miatt. |
▲Vanádium-redox áramlási akkumulátorok (VFB-k) Biztonságuk, skálázhatóságuk, hosszú ciklusidejük és hosszú távú költséghatékonyságuk miatt alkalmasabbak nagyméretű, hosszú távú energiatárolási alkalmazásokhoz. Alacsony energiasűrűségük és magas kezdeti költségük azonban alkalmatlanná teszi őket olyan alkalmazásokhoz, mint az elektromos járművek.
▲ Lítium-ion akkumulátorok (Li-ion)Nagyobb energiasűrűségük miatt szélesebb körben használják hordozható alkalmazásokban, például elektromos járművekben, de biztonsági kockázatokkal, rövidebb ciklusidővel és magasabb hosszú távú költségekkel járnak a VFB-khez képest.
A 10 legjobb vanádium áramlásos akkumulátorgyártó cég
Világszerte számos vállalat és szervezet dolgozik vanádium-redox áramlásos akkumulátorok (VRFB-k) fejlesztésén és kereskedelmi forgalomba hozatalán, különös tekintettel a következőkre:nagyméretű energiatárolási megoldásokA VRFB piac néhány kulcsfontosságú szereplője között mind a már befutott vállalatok, mind a technológiára szakosodott startupok találhatók.
1. RedT Energy (ma Invinity Energy Systems)
- Elhelyezkedés: Egyesült Királyság
- Áttekintés: A RedT Energy egyesült a HydroStarral, így megalakult az Invinity Energy Systems. A cég a VRFB technológián alapuló hosszú távú energiatárolási megoldásokra specializálódott. Termékeik ipari és hálózati méretű energiatárolási alkalmazásokra irányulnak.
2. VRB Energia
- Elhelyezkedés: Kína / Kanada
- Áttekintés:A VRB Energy a kínai állami hálózat leányvállalata, amely a VRFB-k fejlesztésére és kereskedelmi forgalomba hozatalára összpontosít. Nagyméretű energiatárolási megoldásokat kínálnak, és különösen aktívak mind Kínában, mind a nemzetközi piacokon.
3. Sumitomo Electric Industries
- Elhelyezkedés: Japán
- Áttekintés: A Sumitomo jelentős szereplő a vanádium-redox áramlásos akkumulátortechnológia fejlesztésében. A vállalat saját VRFB rendszereket fejlesztett ki, és azokat különféle energiatárolási projektekben alkalmazta, különösen a japán piacon.
- Elhelyezkedés: Egyesült Államok
- Áttekintés:Az Imergy Power Systems vanádium alapú áramlási akkumulátorok fejlesztésére specializálódott hálózati méretű energiatároláshoz. A vállalat a megújuló energiaforrások, például a nap- és szélenergia energiatárolással való integrálására összpontosít.
5. Sivens
- Elhelyezkedés:Franciaország
- Áttekintés: A Sivens egy francia vállalat, amely VRFB energiatároló rendszerek gyártásával foglalkozik. Költséghatékony, hosszú élettartamú energiatárolási megoldások fejlesztésére összpontosítanak mind kereskedelmi, mind ipari alkalmazásokhoz.
- Elhelyezkedés:Kanada
- Áttekintés: A VanadiumCorp Resource Inc. egy kanadai bányászati és technológiai vállalat, amely a vanádium kinyerésére és a VRFB technológia fejlesztésére összpontosít. A vállalat a vanádium-kinyerés hatékonyságának javításán és a VRFB-k új alkalmazásainak fejlesztésén dolgozik.
7. Energiatároló rendszerek (ESS, Inc.)
- Elhelyezkedés:Egyesült Államok
- Áttekintés:Az ESS Inc. egy olyan vállalat, amely hosszú távú energiatárolási megoldásokra összpontosít, vasáramlásos akkumulátortechnológiát alkalmazva, amely hasonló a VRFB-hez, de vanádium helyett vasat használ. Nagyméretű energiatárolási megoldásokat kínálnak, de munkájuk az áramlásos akkumulátorok növekvő piacának részét képezi.
8. CellCube energiatároló rendszerek
- Elhelyezkedés:Ausztria / Kanada
- Áttekintés: A CellCube, a Gildemeister Energy Storage leányvállalata, vanádium-redox áramlási akkumulátorok gyártására és telepítésére összpontosít hálózati méretű tároláshoz. A vállalat különösen nagyszabású energiatárolási projektekben vesz részt Európában és Észak-Amerikában.
9. Megújuló Energia Megoldások (RES Csoport)
- Elhelyezkedés: Egyesült Királyság
- Áttekintés:A RES Group, egy nagy globális megújulóenergia-vállalat, a vanádium áramlásos akkumulátorok energiarendszerekbe való integrálásán dolgozik, a fenntartható, nagyméretű energiatárolási megoldások fejlesztésére irányuló céljának részeként.
- Elhelyezkedés:Kína
- Áttekintés: A Pu Neng (PNT) egy kínai vállalat, amely vanádium-redox áramlási akkumulátorokat fejleszt és gyárt kis- és nagyméretű energiatárolási megoldásokhoz. A vállalat a VRFB-k megújuló energiarendszerekbe való integrálására összpontosít.
Kihívások és jövőbeli kilátások
Bár a vanádium-redox áramlásos akkumulátorok ígéretes előnyöket kínálnak, vannak bizonyos kihívások, amelyekkel foglalkozni kell:
- ●Vanádium Redox Flow akkumulátor ára:A vanádium és a nagyméretű VFB-rendszerekhez szükséges infrastruktúra költsége viszonylag magas lehet. A technológia fejlődésével és a vanádiumtermelés bővülésével azonban a költségek várhatóan csökkenni fognak.
- ●Energiasűrűség:Bár a VFB-k kiváló hosszú élettartammal rendelkeznek, energiasűrűségük (a térfogat- vagy súlyegységre jutó tárolt energia mennyisége) alacsonyabb, mint a lítium-ion vagy szilárdtest akkumulátoroké. Ez kevésbé alkalmassá teheti őket olyan alkalmazásokhoz, ahol a hely és a súly kritikus fontosságú.
- ●Hatékonyság: A VFB-k hatásfoka, bár magas, még mindig valamivel alacsonyabb, mint a lítium-ion akkumulátoroké. Az anyagok és a kialakítás fejlesztése azonban várhatóan idővel javítani fogja a hatékonyságot.
Következtetés
A vanádium-redox áramlásos akkumulátor egy innovatív és ígéretes energiatárolási megoldás, amely forradalmasíthatja a nagyméretű energiatároló rendszereket. Skálázhatósága, hosszú élettartama, biztonsága és környezetbarát kialakítása vonzó választássá teszi a hálózati tárolás, a megújuló energia integrációja és más nagyméretű energiatárolási alkalmazások számára. Ahogy a technológia fejlődik és a költségcsökkentések megvalósulnak, a VFB-k kulcsszerepet játszhatnak a jövőben.fenntartható energiatárolás, hozzájárulva egy ellenállóbb és megbízhatóbb energiahálózat létrehozásához.
Közzététel ideje: 2025. január 7.