סוללות זרימה מסוג ונדיום-חיזור (VFBs)הן טכנולוגיית אחסון אנרגיה מתפתחת בעלת פוטנציאל משמעותי, במיוחד ביישומי אחסון בקנה מידה גדול וארוכי טווח. בניגוד לטכנולוגיה קונבנציונליתאחסון סוללות נטענות, VFBs משתמשים בתמיסת אלקטרוליט ונדיום עבור האלקטרודות החיוביות והשליליות כאחד, מה שהופך אותם לייחודיים בתכנון ובפעולה.
מהי סוללת זרימה של ונדיום-חיזור?
הסוללת חמצון-חיזור ונדיום (VRB), המכונה גם סוללת זרימה ונדיום (VFB) או סוללת זרימה חמצון-חיזור ונדיום (VRFB), היא סוג של סוללת זרימה נטענת.
הוא משתמש ביוני ונדיום במצבי חמצון שונים כדי לאגור ולשחרר אנרגיה חשמלית. שלא כמו סוללות קונבנציונליות, סוללות VRFB אוגרות אנרגיה באלקטרוליטים נוזליים שמסתובבים במערכת ולא באלקטרודות מוצקות. עיצוב זה מאפשר גמישות וניתנות להרחבה.פתרונות אחסון אנרגיה.
רכיבים מרכזיים של סוללת זרימה מסוג ונדיום-חיזור
| רכיב מפתח | תֵאוּר |
| אלקטרוליטים | - VRFB משתמש בשני אלקטרוליטים נוזליים, המכילים בדרך כלל ונדיום במצבי חמצון שונים (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ ו-V⁵⁺). |
| אלקטרודות | שתי אלקטרודות (בדרך כלל פחמן או חומרים דומים) מקלות על תגובות החיזור (חיזור וחמצון) כדי לשחרר או לאגור אנרגיה. |
| קְרוּם | - ממברנה מוליכה פרוטונים (לעתים קרובות עשויה מנאפיון) מפרידה בין שתי תמיסות האלקטרוליטים, ומאפשרת זרימת יונים בין שני הצדדים במהלך מחזור הטעינה/פריקה. |
| משאבות ומערכת זרימה | - רכיבים אלה מזרים את האלקטרוליטים דרך התא האלקטרוכימי, ומבטיחים זרימה רציפה של יוני ונדיום לתהליך המרת האנרגיה. |
כיצד פועלת סוללת זרימה מסוג ונדיום-חיזור?
- 1. מחזור פריקה
- במהלך הפריקה, יוני ונדיום בתמיסות האלקטרוליט החיוביות והשליליות עוברים תגובות חמצון וחיזור באלקטרודות, ומשחררים אנרגיה חשמלית.
- 2. מחזור טעינה
- במהלך הטעינה, אנרגיה מאוחסנת על ידי היפוך תגובות החמצון והחיזור, ובכך מחזירים את יוני הונדיום למצב החמצון המקורי שלהם. תהליך זה כרוך בהפעלת זרם חיצוני על המערכת.
- 3. אלקטרוליטים זורמים
- המאפיין המרכזי של סוללות זרימה הוא השימוש באלקטרוליטים נוזליים המוזרמים דרך המערכת, מה שמאפשר להגדיל בקלות את קיבולת הסוללה על ידי הגדלת גודל מיכלי אחסון האלקטרוליטים.
יתרונות של סוללות זרימה של ונדיום חיזור
- √ מדרגיות
ניתן להגדיל בקלות את מערכות ה-VRFB על ידי הגדלת גודל מיכלי האלקטרוליט, מה שהופך אותן לאידיאליות עבור יישומי אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול כגון איזון רשת החשמל ואחסון אנרגיה מתחדשת. - √ מחזור חיים ארוך
ונדיום אינו מתכלה במהלך מחזורי אנרגיה (מכיוון שהוא משתמש באותו חומר עבור אלקטרוליטים חיוביים ושליליים כאחד), מה שנותן ל-VRFBs חיי פעולה ארוכים יותר בהשוואה לכימיה של סוללות אחרות.
חברת Naturgy הציבה את סוללת הזרימה של ונדיום הזו בזמורה, ספרד.
- √בְּטִיחוּת
סוללות VRFB בטוחות יחסית מכיוון שהאלקטרוליטים אינם דליקים ואינם רעילים. הצורה הנוזלית גם מפחיתה את הסיכון לדליפה תרמית, שיכולה להוות דאגה בסוגים אחרים של סוללות. - √ יְעִילוּת
ל-VRFBs יכולות להיות יעילות הלוך ושוב (אחוז האנרגיה המושבת במהלך הפריקה) הנעה בין 65% ל-85%, בהתאם לתכנון ולתנאי ההפעלה. -
√ ניתוק אנרגיה וכוח
רכיבי VRFB יכולים לשנות באופן עצמאי את רכיבי האנרגיה (גודל מיכלי האלקטרוליט) וההספק (גודל התא האלקטרוכימי), מה שנותן להם גמישות עבור יישומים שונים.
יישומים של סוללות זרימה של ונדיום חיזור
סוללת הזרימה של ונדיום במכולה בהספק של 1 מגה-וואט ו-4 מגה-וואט-שעה בבעלותAvista Utilities ומיוצר על ידי UniEnergy Technologies.
- ⭐אחסון ברשת:מעגלי VRFB שימושיים במיוחד לאחסון אנרגיה עודפת ממקורות מתחדשים כמו רוח ושמש, ומספקים חיץ להחלקת הסדירות של מקורות אנרגיה אלה.
- ⭐שילוב אנרגיה מתחדשת:הם יכולים לאגור אנרגיה כאשר הביקוש נמוך ולשחרר אותה בשעות שיא הביקוש.
- ⭐כוח גיבוי:ניתן להשתמש ב-VRFBs גם עבור מערכות גיבוי חשמל בתשתיות קריטיות.
סוללת זרימה ונדיום-חיזור לעומת סוללת ליתיום-יון
| תכונה | סוללת זרימה ונדיום-חיזור (VFB) | |
| בְּטִיחוּת | בטוח יותר מטבעו הודות לתמיסות אלקטרוליט מימיות, ללא בריחה תרמית, שריפות או פיצוצים. | עלול להוות סיכוני בטיחות, כולל בריחה תרמית, שריפות או פיצוצים אם ניזוק או מתחמם יתר על המידה. |
| מדרגיות | ניתן להרחבה בקלות, המאפשרת הרחבה מודולרית המתאימה למתקני אחסון גדולים (מאות מגה-וואט-שעה). | פחות ניתן להרחבה; משמש בדרך כלל ביחידות בגודל קבוע, אם כי ניתן להרחבה עבור יישומים מסוימים. |
| עלות ראשונית | השקעה ראשונית גבוהה יותר בהשוואה לסוללות ליתיום-יון. | עלות ראשונית נמוכה יותר בהשוואה ל-VFBs. |
| צפיפות אנרגיה | צפיפות אנרגיה נמוכה יותר (12-40 וואט-שעה/ק"ג), מה שהופך אותם ללא מתאימים ליישומים ניידים כמו רכבים חשמליים. | צפיפות אנרגיה גבוהה יותר (80-300 וואט-שעה/ק"ג), אידיאלית עבור יישומים ניידים כמו כלי רכב חשמליים (EV). |
| יעילות המרת אנרגיה | יעילות נמוכה יותר (70-75%) בהשוואה לסוללות ליתיום-יון. | יעילות גבוהה יותר (90%) הודות למחזורי טעינה/פריקה יעילים יותר. |
| מחזור החיים | חיי מחזור ארוכים במיוחד (מעל 10,000 מחזורים, כאשר חלקם מעל 20,000 מחזורים). | חיי מחזור קצרים יותר (בדרך כלל 1,000-3,000 מחזורים, תלוי בסוג הסוללה ובשימוש). |
| עלויות לכל החיים | עלות נמוכה יותר לוואט-שעה (Wh) לאורך כל מחזור החיים. ידידותי יותר לסביבה עם אלקטרוליטים ונדיום הניתנים למחזור. | עלות גבוהה יותר לכל וואט-שעה לאורך החיים עקב אורך חיים קצר יותר והידרדרות לאורך זמן. |
| עלות לשעה | נכון לעכשיו, המחיר הוא בסביבות 0.30-0.40 דולר לשעה, מה שחסכוני יותר לאחסון אנרגיה לטווח ארוך. | בדרך כלל 0.50 דולר לשעה, עלות גבוהה יותר לאחסון לטווח ארוך עקב מחזור חיים קצר יותר ופירוק מהיר יותר. |
▲סוללות זרימה מסוג ונדיום-חיזור (VFBs) מתאימים יותר ליישומי אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול וארוכי טווח בשל בטיחותם, יכולת ההרחבה, מחזור החיים הארוך והיעילות העלותית שלהם בטווח הארוך. עם זאת, צפיפות האנרגיה הנמוכה שלהם ועלותם הראשונית הגבוהה הופכות אותם ללא מתאימים ליישומים כמו כלי רכב חשמליים.
▲ סוללות ליתיום-יון (Li-ion)נמצאים בשימוש נרחב יותר עבור יישומים ניידים כמו כלי רכב חשמליים בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה יותר שלהם, אך הם מגיעים עם סיכוני בטיחות, מחזור חיים קצר יותר ועלויות גבוהות יותר לטווח ארוך בהשוואה ל-VFBs.
10 חברות סוללות ונדיום מובילות
ישנן מספר חברות וארגונים ברחבי העולם שעובדים על פיתוח ומסחור של סוללות זרימה מבוססות חמצון-חיזור ונדיום (VRFBs), תוך התמקדות ב...פתרונות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדולחלק מהשחקנים המרכזיים בשוק ה-VRFB כוללים הן חברות מבוססות והן חברות הזנק המתמחות בטכנולוגיה זו.
1. רד טי אנרג'י (כיום אינוויניטי אנרג'י סיסטמס)
- מִקוּם: בְּרִיטַנִיָה
- סקירה כללית: חברת RedT Energy התמזגה עם HydroStar ויצרה את Invinity Energy Systems. החברה מתמחה בפתרונות אחסון אנרגיה ארוכי טווח המבוססים על טכנולוגיית VRFB. מוצריה מיועדים ליישומי אחסון אנרגיה תעשייתיים ובקנה מידה של רשת אנרגיה.
2. VRB אנרגיה
- מִקוּם: סין / קנדה
- סקירה כללית:VRB Energy היא חברת בת של תאגיד רשת החשמל הממלכתי של סין ומתמקדת בפיתוח ומסחור של מערכות VRFB. החברה מציעה פתרונות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול ופעילה במיוחד הן בסין והן בשווקים בינלאומיים.
- מִקוּם: יַפָּן
- סקירה כללית: סומיטומו הייתה שחקנית משמעותית בפיתוח טכנולוגיית סוללות זרימה חמצונית ונדיום (Vanadium Redox Flow Battery). החברה פיתחה מערכות VRFB משלה ויישמה אותן בפרויקטים שונים של אחסון אנרגיה, במיוחד בשוק היפני.
- מִקוּם: אַרצוֹת הַבְּרִית
- סקירה כללית:אימרגי פאוור סיסטמס מתמחה בפיתוח סוללות זרימה מבוססות ונדיום לאגירת אנרגיה בקנה מידה רחב. החברה מתמקדת בשילוב מקורות אנרגיה מתחדשים כמו אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח עם אגירת אנרגיה.
5. סיבנס
- מִקוּם:צָרְפַת
- סקירה כללית: סיבנס היא חברה צרפתית העוסקת בייצור מערכות VRFB לאגירת אנרגיה. החברה מתמקדת בפיתוח פתרונות אחסון אנרגיה חסכוניים וארוכי טווח עבור יישומים מסחריים ותעשייתיים כאחד.
6. חברת VanadiumCorp Resources בע"מ
- מִקוּם:קנדה
- סקירה כללית: VanadiumCorp Resource Inc. היא חברת כרייה וטכנולוגיה קנדית המתמקדת בהפקת ונדיום ובפיתוח טכנולוגיית VRFB. החברה עובדת על שיפור יעילות הפקת ונדיום ופיתוח יישומים חדשים עבור VRFBs.
7. מערכות אחסון אנרגיה (ESS, Inc.)
- מִקוּם:אַרצוֹת הַבְּרִית
- סקירה כללית:ESS Inc. היא חברה המתמקדת בפתרונות אחסון אנרגיה ארוכי טווח באמצעות טכנולוגיית סוללות זרימת ברזל, הדומה ל-VRFB אך משתמשת בברזל במקום ונדיום. הם מספקים פתרונות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול, אך עבודתם היא חלק מהשוק הגדל של סוללות זרימה.
8. מערכות אחסון אנרגיה של CellCube
- מִקוּם:אוסטריה / קנדה
- סקירה כללית: CellCube, חברת בת של Gildemeister Energy Storage, מתמקדת בייצור ובפריסה של סוללות זרימה מסוג Vanadium Redox לאחסון בקנה מידה של רשת החשמל. החברה מעורבת במיוחד בפרויקטים גדולים של אחסון אנרגיה באירופה ובצפון אמריקה.
9. פתרונות אנרגיה מתחדשת (קבוצת RES)
- מִקוּם: בְּרִיטַנִיָה
- סקירה כללית:קבוצת RES, שחקנית גלובלית גדולה בתחום האנרגיה המתחדשת, עובדת על שילוב סוללות ונדיום במערכות אנרגיה כחלק ממטרתה לפתח פתרונות אחסון אנרגיה בני קיימא בקנה מידה גדול עבור אנרגיה מתחדשת.
10.פו ננג (PNT)
- מִקוּם:סִין
- סקירה כללית: פו ננג (PNT) היא חברה סינית המפתחת ומייצרת סוללות זרימה מסוג ונדיום-חיזור (Vanadium Redox Flow) עבור פתרונות אחסון אנרגיה בקנה מידה קטן וגדול. החברה מתמקדת בשילוב סוללות VRFB במערכות אנרגיה מתחדשת.
אתגרים וסיכויים לעתיד
בעוד שסוללות ונדיום-חיזור מציעות יתרונות מבטיחים, ישנם כמה אתגרים שיש לטפל בהם:
- ●מחיר סוללת זרימה של ונדיום חיזור:עלות הונדיום והתשתית הנדרשת למערכות VFB בקנה מידה גדול יכולות להיות גבוהות יחסית. עם זאת, ככל שהטכנולוגיה מתבגרת וייצור הונדיום יגדל, צפויות העלויות לרדת.
- ●צפיפות אנרגיה:בעוד שלסוללות VFB יכולות מצוינות לטווח ארוך, צפיפות האנרגיה שלהן (כמות האנרגיה המאוחסנת ליחידת נפח או משקל) נמוכה מזו של סוללות ליתיום-יון או מצב מוצק. דבר זה יכול להפוך אותן לפחות מתאימות ליישומים שבהם מקום ומשקל הם קריטיים.
- ●יְעִילוּת: יעילותן של סוללות VFB, למרות היותה גבוהה, עדיין נמוכה במקצת מזו של סוללות ליתיום-יון. עם זאת, שיפורים בחומרים ובעיצוב צפויים לשפר את היעילות לאורך זמן.
מַסְקָנָה
סוללת זרימה ונדיום-חיזור היא פתרון אחסון אנרגיה חדשני ומבטיח עם פוטנציאל לחולל מהפכה במערכות אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול. יכולת ההרחבה שלה, אורך חיי המחזור הארוך שלה, הבטיחות והעיצוב הידידותי לסביבה הופכים אותה לאופציה אטרקטיבית לאחסון ברשת החשמל, שילוב אנרגיה מתחדשת ויישומי אחסון אנרגיה בקנה מידה גדול אחרים. ככל שהטכנולוגיה מתבגרת והפחתת העלויות תתממש, סוללות VFB יכולות למלא תפקיד מפתח בעתיד...אחסון אנרגיה בת קיימא, המסייעים ביצירת רשת אנרגיה עמידה ואמינה יותר.
זמן פרסום: ינואר-07-2025