バナジウムレドックスフロー電池（VFB）は、特に大規模かつ長期間の貯蔵用途において大きな可能性を秘めた新興のエネルギー貯蔵技術です。従来の充電式バッテリーストレージVFB は正極と負極の両方にバナジウム電解液を使用しており、設計と動作が独特です。
バナジウムレドックスフロー電池とは何ですか?
そのバナジウムレドックス電池（VRB）バナジウムフロー電池 (VFB) またはバナジウムレドックスフロー電池 (VRFB) とも呼ばれるこの電池は、充電式フロー電池の一種です。
様々な酸化状態のバナジウムイオンを利用して電気エネルギーを蓄え、放出します。従来の電池とは異なり、VRFBは固体電極ではなく、システム内を循環する液体電解質にエネルギーを蓄えます。この設計により、拡張性と柔軟性に優れた電池を実現できます。エネルギー貯蔵ソリューション.
バナジウムレドックスフロー電池の主要コンポーネント
| 主要コンポーネント | 説明 |
| 電解質 | - VRFB は、通常、異なる酸化状態のバナジウム (V²⁺、V³⁺、V⁴⁺、および V⁵⁺) を含む 2 つの液体電解質を使用します。 |
| 電極 | - 2 つの電極 (通常は炭素または類似の材料) が酸化還元反応 (還元と酸化) を促進し、エネルギーを放出または蓄積します。 |
| 膜 | - プロトン伝導膜（多くの場合、ナフィオン製）が 2 つの電解質溶液を分離し、充電/放電サイクル中に両側の間でイオンが流れることを可能にします。 |
| ポンプとフローシステム | - これらのコンポーネントは、電気化学セルを通じて電解質を循環させ、エネルギー変換プロセスのためのバナジウムイオンの連続的な流れを確保します。 |
バナジウムレドックスフロー電池はどのように機能するのでしょうか?
- 1. 放電サイクル
- 放電中、正極と負極の電解液中のバナジウムイオンが電極で酸化還元反応を起こし、電気エネルギーが放出されます。
- 2. 充電サイクル
- 充電中は、酸化還元反応を逆転させ、バナジウムイオンを元の酸化状態に戻すことでエネルギーが蓄えられます。このプロセスでは、システムに外部電流を印加します。
- 3. 電解質の流動
- フロー電池の主な特徴は、システムを通じてポンプで送られる液体電解質を使用することです。これにより、電解質貯蔵タンクのサイズを拡大するだけで、電池の容量を簡単に増やすことができます。
バナジウムレドックスフロー電池の利点
- √ スケーラビリティ
VRFB は電解質タンクのサイズを大きくすることで簡単に拡張できるため、グリッドバランシングや再生可能エネルギー貯蔵などの大規模なエネルギー貯蔵アプリケーションに最適です。 - √ 長いサイクル寿命
バナジウムはサイクル中に劣化しません（正極と負極の両方の電解質に同じ材料を使用しているため）。そのため、VRFB は他のバッテリー化学物質と比較して動作寿命が長くなります。
Naturgy はスペインのサモラにこのバナジウムフロー電池を設置しました。
- √安全性
VRFBは、電解質が不燃性で無毒性であるため、比較的安全です。また、液体であるため、他の種類のバッテリーで懸念される熱暴走のリスクも軽減されます。 - √ 効率
VRFB の往復効率 (放電中に回収されるエネルギーの割合) は、設計と動作条件に応じて 65% ～ 85% の範囲になります。 -
√ エネルギーと電力の分離
VRFB は、エネルギー (電解質タンクのサイズ) と電力 (電気化学セルのサイズ) のコンポーネントを個別にスケーリングできるため、さまざまなアプリケーションに柔軟に対応できます。
バナジウムレドックスフロー電池の用途
1MW 4MWhのコンテナ型バナジウムフロー電池は、Avista Utilities が開発し、UniEnergy Technologies が製造しました。
- ⭐グリッドストレージ:VRFB は、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源からの余剰エネルギーを貯蔵するのに特に役立ち、これらのエネルギー源の間欠性を平滑化するバッファーを提供します。
- ⭐再生可能エネルギーの統合：需要が低いときにエネルギーを蓄え、需要がピークになる時間帯に放出することができます。
- ⭐バックアップ電源:VRFB は、重要なインフラストラクチャのバックアップ電源システムにも使用できます。
バナジウムレドックスフロー電池とリチウムイオン電池の比較
| 特徴 | バナジウムレドックスフロー電池（VFB） | |
| 安全性 | 水性電解質溶液のため本質的に安全で、熱暴走、火災、爆発がありません。 | 損傷または過熱した場合、熱暴走、火災、爆発などの安全上のリスクが生じる可能性があります。 |
| スケーラビリティ | 簡単に拡張でき、大規模なストレージ施設（数百MWh）に適したモジュール式の拡張が可能です。 | スケーラビリティが低く、通常は固定サイズの単位で使用されますが、一部のアプリケーションでは拡張可能です。 |
| 初期費用 | リチウムイオン電池に比べて初期投資額が高くなります。 | VFB に比べて初期コストが低くなります。 |
| エネルギー密度 | エネルギー密度が低い (12 ～ 40 Wh/kg) ため、EV などのモバイル アプリケーションには適していません。 | エネルギー密度が高く (80 ～ 300 Wh/kg)、電気自動車 (EV) などのモバイル アプリケーションに最適です。 |
| エネルギー変換効率 | リチウムイオン電池に比べて効率が低い（70～75%）。 | より効率的な充電/放電サイクルにより、より高い効率（90%）を実現します。 |
| サイクル寿命 | 非常に長いサイクル寿命（＞10,000 サイクル、一部は 20,000 サイクルを超える）。 | サイクル寿命が短くなります (バッテリーの種類と使用状況に応じて、通常は 1,000 ～ 3,000 サイクル)。 |
| 生涯コスト | ライフサイクル全体を通してワット時（Wh）あたりのコストを削減。リサイクル可能なバナジウム電解液を使用することで、より環境に配慮しています。 | サイクル寿命が短くなり、時間の経過とともに劣化するため、ワット時間あたりの生涯コストが高くなります。 |
| Whあたりのコスト | 現在、1Whあたり約0.30～0.40ドルで、長期エネルギー貯蔵にはより費用対効果が高くなります。 | 通常、1Wh あたり 0.50 ドルですが、サイクル寿命が短く劣化が早いため、長期保管の場合はコストが高くなります。 |
▲バナジウムレドックスフロー電池（VFB） 安全性、拡張性、長寿命、そして長期的なコスト効率の高さから、大規模かつ長時間のエネルギー貯蔵用途に適しています。しかし、エネルギー密度が低く初期コストが高いため、電気自動車などの用途には適していません。
▲ リチウムイオン電池（Li-ion）エネルギー密度が高いため、電気自動車などのポータブル用途に広く使用されていますが、VFB と比較すると安全上のリスク、サイクル寿命の短さ、長期的なコストの高さが伴います。
バナジウムフロー電池企業トップ10
世界中で、バナジウムレドックスフロー電池（VRFB）の開発と商業化に取り組んでいる企業や組織がいくつかあり、大規模エネルギー貯蔵ソリューションVRFB市場の主要プレーヤーには、この技術に特化した既存企業と新興企業の両方が含まれます。
1. RedT Energy（現Invinity Energy Systems）
- 位置： イギリス
- 概要： RedT EnergyはHydroStarと合併し、Invinity Energy Systemsを設立しました。同社はVRFB技術をベースとした長期エネルギー貯蔵ソリューションを専門としており、産業用およびグリッド規模のエネルギー貯蔵アプリケーションを対象としています。
2. VRBエネルギー
- 位置： 中国 / カナダ
- 概要：VRB Energyは中国国家電網公司の子会社であり、VRFBの開発と商業化に注力しています。大規模なエネルギー貯蔵ソリューションを提供しており、中国市場と国際市場の両方で積極的に活動しています。
3. S海友電気工業
- 位置： 日本
- 概要： 住友は、バナジウムレドックスフロー電池（VRFB）技術の開発において重要な役割を果たしてきました。同社は独自のVRFBシステムを開発し、特に日本市場において、様々なエネルギー貯蔵プロジェクトに導入してきました。
4. イマージパワーシステムズ
- 位置： アメリカ合衆国
- 概要：Imergy Power Systemsは、グリッドスケールのエネルギー貯蔵を目的としたバナジウムベースのフロー電池の開発を専門としています。同社は、太陽光や風力などの再生可能エネルギー源とエネルギー貯蔵システムの統合に注力しています。
5. シベンス
- 位置：フランス
- 概要： Sivensは、エネルギー貯蔵用のVRFBシステムの製造を手掛けるフランス企業です。商業用途と産業用途の両方において、費用対効果が高く長寿命のエネルギー貯蔵ソリューションの開発に注力しています。
- 位置：カナダ
- 概要： VanadiumCorp Resource Inc.は、バナジウムの抽出とVRFB技術の開発に注力するカナダの鉱業・テクノロジー企業です。同社は、バナジウム抽出の効率向上とVRFBの新たな用途開発に取り組んでいます。
- 位置：アメリカ合衆国
- 概要：ESS社は、鉄フロー電池技術を用いた長期エネルギー貯蔵ソリューションに注力する企業です。この技術はVRFBに似ていますが、バナジウムの代わりに鉄を使用します。同社は大規模なエネルギー貯蔵ソリューションを提供していますが、その事業は成長を続けるフロー電池市場の一部です。
- 位置：オーストリア / カナダ
- 概要： ギルデマイスター・エナジー・ストレージの子会社であるセルキューブは、系統規模の蓄電システム向けバナジウムレドックスフロー電池の製造と導入に注力しています。特に欧州と北米における大規模エネルギー貯蔵プロジェクトに積極的に取り組んでいます。
- 位置： イギリス
- 概要：再生可能エネルギー分野の世界的大手企業であるRESグループは、再生可能エネルギー向けの持続可能な大規模エネルギー貯蔵ソリューションの開発という目標の一環として、バナジウムフロー電池をエネルギーシステムに統合する取り組みを進めています。
10.プーネン（PNT）
- 位置：中国
- 概要： Pu Neng（PNT）は、小規模および大規模のエネルギー貯蔵ソリューション向けにバナジウムレドックスフロー電池（VRFB）の開発・製造を行う中国企業です。同社はVRFBを再生可能エネルギーシステムに統合することに注力しています。
課題と今後の展望
バナジウムレドックスフロー電池は有望な利点を提供しますが、対処する必要がある課題がいくつかあります。
- ●バナジウムレドックスフロー電池価格:大規模なVFBシステムに必要なバナジウムとインフラのコストは比較的高額になる可能性があります。しかし、技術が成熟し、バナジウム生産量が拡大するにつれて、コストは低下すると予想されます。
- ●エネルギー密度:VFBは優れた長時間駆動能力を備えていますが、エネルギー密度（単位体積または単位重量あたりに蓄えられるエネルギー量）はリチウムイオン電池や全固体電池よりも低いため、スペースと重量が重要となる用途には適さない場合があります。
- ●効率： VFBの効率は高いものの、リチウムイオン電池に比べると依然としてわずかに低い。しかし、材料と設計の改良により、今後は効率が向上することが期待される。
結論
バナジウムレドックスフロー電池は、革新的で有望なエネルギー貯蔵ソリューションであり、大規模エネルギー貯蔵システムに革命をもたらす可能性を秘めています。その拡張性、長寿命、安全性、そして環境に優しい設計は、系統連系、再生可能エネルギー統合、その他の大規模エネルギー貯蔵アプリケーションにとって魅力的な選択肢となります。技術が成熟し、コスト削減が実現すれば、VFBは将来のエネルギー貯蔵において重要な役割を果たす可能性があります。持続可能なエネルギー貯蔵より回復力と信頼性に優れたエネルギー グリッドの構築に役立ちます。
投稿日時: 2025年1月7日