Batterie a flusso redox al vanadio (VFB)sono una tecnologia emergente di accumulo di energia con un potenziale significativo, in particolare nelle applicazioni di accumulo su larga scala e di lunga durata. A differenza dei sistemi convenzionaliaccumulo di batterie ricaricabiliLe batterie VFB utilizzano una soluzione elettrolitica al vanadio sia per gli elettrodi positivi che per quelli negativi, rendendole uniche nel design e nel funzionamento.
Che cosa è una batteria a flusso redox al vanadio?
ILbatteria redox al vanadio (VRB), nota anche come batteria a flusso al vanadio (VFB) o batteria a flusso redox al vanadio (VRFB), è un tipo di batteria a flusso ricaricabile.
Utilizza ioni di vanadio in vari stati di ossidazione per immagazzinare e rilasciare energia elettrica. A differenza delle batterie convenzionali, le batterie VRFB immagazzinano energia in elettroliti liquidi che circolano nel sistema anziché in elettrodi solidi. Questo design consente soluzioni scalabili e flessibili.soluzioni di accumulo di energia.
Componenti chiave di una batteria a flusso redox al vanadio
| Componente chiave | Descrizione |
| Elettroliti | - VRFB utilizza due elettroliti liquidi, solitamente contenenti vanadio in diversi stati di ossidazione (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ e V⁵⁺). |
| Elettrodi | - Due elettrodi (solitamente carbonio o materiali simili) facilitano le reazioni redox (riduzione e ossidazione) per rilasciare o immagazzinare energia. |
| Membrana | - Una membrana conduttrice di protoni (spesso realizzata in Nafion) separa le due soluzioni elettrolitiche, consentendo il flusso di ioni tra i due lati durante il ciclo di carica/scarica. |
| Pompe e sistema di flusso | - Questi componenti fanno circolare gli elettroliti attraverso la cella elettrochimica, garantendo un flusso continuo di ioni di vanadio per il processo di conversione dell'energia. |
Come funziona una batteria a flusso redox al vanadio?
- 1. Ciclo di scarica
- Durante la scarica, gli ioni di vanadio nelle soluzioni elettrolitiche positive e negative subiscono reazioni di ossidazione e riduzione agli elettrodi, rilasciando energia elettrica.
- 2. Ciclo di carica
- Durante la carica, l'energia viene immagazzinata invertendo le reazioni di ossidazione e riduzione, riportando gli ioni di vanadio ai loro stati di ossidazione originali. Questo processo comporta l'applicazione di una corrente esterna al sistema.
- 3. Elettroliti in flusso
- La caratteristica principale delle batterie a flusso è l'utilizzo di elettroliti liquidi che vengono pompati attraverso il sistema, il che consente di aumentare facilmente la capacità della batteria semplicemente aumentando le dimensioni dei serbatoi di stoccaggio degli elettroliti.
Vantaggi delle batterie al flusso redox al vanadio
- √ Scalabilità
I VRFB possono essere facilmente ampliati aumentando le dimensioni dei serbatoi degli elettroliti, rendendoli ideali per applicazioni di accumulo di energia su larga scala, come il bilanciamento della rete e l'accumulo di energia rinnovabile. - √ Ciclo di vita lungo
Il vanadio non si degrada durante il ciclo (perché utilizza lo stesso materiale sia per gli elettroliti positivi che per quelli negativi), il che conferisce alle batterie VRFB una durata operativa più lunga rispetto ad altre tipologie di batterie.
Naturgy ha installato questa batteria a flusso al vanadio a Zamora, in Spagna.
- √Sicurezza
Le batterie VRFB sono relativamente sicure perché gli elettroliti non sono infiammabili né tossici. La forma liquida riduce anche il rischio di fuga termica, che può rappresentare un problema in altri tipi di batterie. - √ Efficienza
I VRFB possono avere efficienze di andata e ritorno (la percentuale di energia recuperata durante la scarica) che vanno dal 65% all'85%, a seconda della progettazione e delle condizioni operative. -
√ Disaccoppiamento di energia e potenza
I VRFB possono scalare in modo indipendente i componenti energetici (dimensioni dei serbatoi dell'elettrolita) e quelli energetici (dimensioni della cella elettrochimica), il che conferisce loro flessibilità per diverse applicazioni.
Applicazioni delle batterie a flusso redox al vanadio
La batteria al flusso di vanadio containerizzata da 1 MW 4 MWh di proprietà diAvista Utilities e prodotto da UniEnergy Technologies.
- ⭐Archiviazione in rete:I VRFB sono particolarmente utili per immagazzinare l'energia in eccesso proveniente da fonti rinnovabili come l'energia eolica e solare, fornendo una riserva per attenuare l'intermittenza di queste fonti energetiche.
- ⭐Integrazione delle energie rinnovabili:Possono immagazzinare energia quando la domanda è bassa e rilasciarla nelle ore di punta.
- ⭐Alimentazione di backup:I VRFB possono essere utilizzati anche come sistemi di alimentazione di backup nelle infrastrutture critiche.
Batteria a flusso redox al vanadio VS batteria agli ioni di litio
| Caratteristica | Batteria a flusso redox al vanadio (VFB) | |
| Sicurezza | Intrinsecamente più sicuro grazie alle soluzioni elettrolitiche acquose, senza dispersioni termiche, incendi o esplosioni. | Può comportare rischi per la sicurezza, tra cui fuga termica, incendi o esplosioni in caso di danni o surriscaldamento. |
| Scalabilità | Facilmente scalabile, consente un'espansione modulare adatta a grandi impianti di stoccaggio (centinaia di MWh). | Meno scalabile; solitamente utilizzato in unità di dimensioni fisse, sebbene possa essere scalato per alcune applicazioni. |
| Costo iniziale | Investimento iniziale più elevato rispetto alle batterie agli ioni di litio. | Costi iniziali inferiori rispetto ai VFB. |
| Densità energetica | Densità energetica inferiore (12-40 Wh/kg), che li rende inadatti ad applicazioni mobili come i veicoli elettrici. | Densità energetica più elevata (80-300 Wh/kg), ideale per applicazioni mobili come i veicoli elettrici (EV). |
| Efficienza di conversione energetica | Efficienza inferiore (70-75%) rispetto alle batterie agli ioni di litio. | Maggiore efficienza (90%) grazie a cicli di carica/scarica più efficienti. |
| Ciclo di vita | Durata del ciclo estremamente lunga (>10.000 cicli, con alcuni che superano i 20.000 cicli). | Durata del ciclo più breve (solitamente 1.000-3.000 cicli, a seconda del tipo di batteria e dell'utilizzo). |
| Costi a vita | Minore costo per wattora (Wh) durante l'intero ciclo di vita. Maggiore rispetto per l'ambiente grazie agli elettroliti al vanadio riciclabili. | Costo di vita più elevato per wattora dovuto a un ciclo di vita più breve e al degrado nel tempo. |
| Costo per Wh | Attualmente il prezzo si aggira intorno a 0,30-0,40 dollari per Wh, una soluzione più conveniente per l'accumulo di energia a lungo termine. | In genere 0,50 $ per Wh, costo più elevato per l'immagazzinamento a lungo termine a causa del ciclo di vita più breve e della degradazione più rapida. |
▲Batterie a flusso redox al vanadio (VFB) Sono più adatti per applicazioni di accumulo di energia su larga scala e di lunga durata grazie alla loro sicurezza, scalabilità, lunga durata utile ed economicità a lungo termine. Tuttavia, la loro bassa densità energetica e l'elevato costo iniziale li rendono inadatti ad applicazioni come i veicoli elettrici.
▲ Batterie agli ioni di litio (Li-ion)sono più ampiamente utilizzati per applicazioni portatili come i veicoli elettrici grazie alla loro maggiore densità energetica, ma presentano rischi per la sicurezza, una durata del ciclo più breve e costi a lungo termine più elevati rispetto alle batterie al piombo-acido.
Le 10 migliori aziende di batterie al vanadio
Ci sono diverse aziende e organizzazioni in tutto il mondo che lavorano allo sviluppo e alla commercializzazione di batterie al flusso redox al vanadio (VRFB), con particolare attenzione asoluzioni di accumulo di energia su larga scalaTra i principali attori del mercato VRFB figurano sia aziende affermate che startup specializzate in questa tecnologia.
1. RedT Energy (ora Invinity Energy Systems)
- Posizione: Regno Unito
- Panoramica: RedT Energy si è fusa con HydroStar per formare Invinity Energy Systems. L'azienda è specializzata in soluzioni di accumulo di energia a lunga durata basate sulla tecnologia VRFB. I suoi prodotti sono destinati ad applicazioni di accumulo di energia su scala industriale e di rete.
2. Energia VRB
- Posizione: Cina / Canada
- Panoramica:VRB Energy è una sussidiaria della State Grid Corporation cinese e si concentra sullo sviluppo e la commercializzazione di VRFB. Offre soluzioni di accumulo di energia su larga scala ed è particolarmente attiva sia sul mercato cinese che su quello internazionale.
3. Sumitomo Electric Industries
- Posizione: Giappone
- Panoramica: Sumitomo ha avuto un ruolo significativo nello sviluppo della tecnologia delle batterie a flusso redox al vanadio. L'azienda ha sviluppato i propri sistemi VRFB e li ha implementati in diversi progetti di accumulo di energia, in particolare nel mercato giapponese.
4. Sistemi di alimentazione Imergy
- Posizione: Stati Uniti
- Panoramica:Imergy Power Systems è specializzata nello sviluppo di batterie a flusso al vanadio per l'accumulo di energia su scala di rete. L'azienda si concentra sull'integrazione di fonti di energia rinnovabile come il solare e l'eolico con l'accumulo di energia.
5. Sivens
- Posizione:Francia
- Panoramica: Sivens è un'azienda francese specializzata nella produzione di sistemi VRFB per l'accumulo di energia. L'azienda si concentra sullo sviluppo di soluzioni di accumulo di energia convenienti e durature per applicazioni commerciali e industriali.
- Posizione:Canada
- Panoramica: VanadiumCorp Resource Inc. è un'azienda canadese operante nel settore minerario e tecnologico, specializzata nell'estrazione del vanadio e nello sviluppo della tecnologia VRFB. L'azienda sta lavorando per migliorare l'efficienza dell'estrazione del vanadio e sviluppare nuove applicazioni per i VRFB.
7. Sistemi di accumulo di energia (ESS, Inc.)
- Posizione:Stati Uniti
- Panoramica:ESS Inc. è un'azienda specializzata in soluzioni di accumulo di energia a lunga durata che utilizzano la tecnologia delle batterie a flusso di ferro, simile alle VRFB ma che utilizzano il ferro al posto del vanadio. L'azienda fornisce soluzioni di accumulo di energia su larga scala, ma il suo lavoro si inserisce nel mercato in crescita delle batterie a flusso.
8. Sistemi di accumulo di energia CellCube
- Posizione:Austria / Canada
- Panoramica: CellCube, una sussidiaria di Gildemeister Energy Storage, è specializzata nella produzione e nell'implementazione di batterie al vanadio redox per l'accumulo su scala di rete. L'azienda è particolarmente coinvolta in progetti di accumulo di energia su larga scala in Europa e Nord America.
9. Soluzioni per le energie rinnovabili (RES Group)
- Posizione: Regno Unito
- Panoramica:RES Group, un importante attore mondiale nel settore delle energie rinnovabili, sta lavorando all'integrazione delle batterie al vanadio nei sistemi energetici, nell'ambito del suo obiettivo di sviluppare soluzioni di accumulo di energia sostenibili e su larga scala per le energie rinnovabili.
- Posizione:Cina
- Panoramica: Pu Neng (PNT) è un'azienda cinese che sviluppa e produce batterie redox al vanadio per soluzioni di accumulo di energia su piccola e larga scala. L'azienda si concentra sull'integrazione delle batterie redox al vanadio nei sistemi di energia rinnovabile.
Sfide e prospettive future
Sebbene le batterie al vanadio Redox Flow offrano vantaggi promettenti, ci sono alcune sfide che devono essere affrontate:
- ●Prezzo della batteria a flusso redox al vanadio:Il costo del vanadio e delle infrastrutture necessarie per i sistemi VFB su larga scala può essere relativamente elevato. Tuttavia, con il progredire della tecnologia e l'aumento della produzione di vanadio, si prevede che i costi diminuiranno.
- ●Densità energetica:Sebbene le batterie VFB abbiano eccellenti capacità di lunga durata, la loro densità energetica (la quantità di energia immagazzinata per unità di volume o peso) è inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio o allo stato solido. Questo può renderle meno adatte ad applicazioni in cui spazio e peso sono critici.
- ●Efficienza: L'efficienza delle batterie VFB, sebbene elevata, è ancora leggermente inferiore a quella delle batterie agli ioni di litio. Tuttavia, si prevede che i miglioramenti nei materiali e nel design ne aumenteranno l'efficienza nel tempo.
Conclusione
La batteria a flusso redox al vanadio è una soluzione di accumulo energetico innovativa e promettente, con il potenziale di rivoluzionare i sistemi di accumulo energetico su larga scala. La sua scalabilità, la lunga durata, la sicurezza e il design ecocompatibile la rendono un'opzione interessante per l'accumulo in rete, l'integrazione di energie rinnovabili e altre applicazioni di accumulo energetico su larga scala. Con il perfezionamento della tecnologia e la riduzione dei costi, le batterie a flusso redox potrebbero svolgere un ruolo chiave nel futuro dell'energia.accumulo di energia sostenibile, contribuendo a creare una rete energetica più resiliente e affidabile.
Data di pubblicazione: 07-01-2025