Ванадий тотығу-тотықсыздану ағынды батареялары (VFB)әсіресе ауқымды, ұзақ мерзімді сақтау қолданбаларында айтарлықтай әлеуеті бар жаңадан пайда болып келе жатқан энергия сақтау технологиясы болып табылады. Дәстүрлі технологиялардан айырмашылығықайта зарядталатын батарея сақтау орны, VFB оң және теріс электродтар үшін ванадий электролит ерітіндісін пайдаланады, бұл оларды конструкциясы мен жұмысында ерекше етеді.
Ванадий редокс ағынды батареясы дегеніміз не?
Theванадий тотығу-тотықсыздану батареясы (VRB)ванадий ағынды батареясы (VFB) немесе ванадий тотығу-тотықсыздану ағынды батареясы (VRFB) деп те аталады, қайта зарядталатын ағынды батареяның бір түрі.
Ол электр энергиясын сақтау және босату үшін әртүрлі тотығу күйлеріндегі ванадий иондарын пайдаланады. Дәстүрлі батареялардан айырмашылығы, VRFB батареялары энергияны қатты электродтарда емес, жүйе арқылы айналатын сұйық электролиттерде сақтайды. Бұл дизайн масштабталатын және икемді болуға мүмкіндік береді.энергия сақтау шешімдері.
Ванадий тотығу-тотықсыздану ағыны батареясының негізгі компоненттері
| Негізгі компонент | Сипаттама |
| Электролиттер | - VRFB құрамында әдетте әртүрлі тотығу күйлеріндегі (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ және V⁵⁺) ванадий бар екі сұйық электролитті пайдаланады. |
| Электродтар | - Екі электрод (әдетте көміртек немесе ұқсас материалдар) энергияны бөлу немесе сақтау үшін тотығу-тотықсыздану реакцияларын (тотықсыздану және тотығу) жеңілдетеді. |
| Мембрана | - Протон өткізгіш мембрана (көбінесе Nafion-нан жасалған) екі электролит ерітіндісін бөліп, зарядтау/разрядтау циклі кезінде екі жақ арасында ион ағынын қамтамасыз етеді. |
| Сорғылар және ағын жүйесі | - Бұл компоненттер электролиттерді электрохимиялық ұяшық арқылы айналдырады, бұл энергияны түрлендіру процесі үшін ванадий иондарының үздіксіз ағынын қамтамасыз етеді. |
Ванадий редокс ағынды батареясы қалай жұмыс істейді?
- 1. Разряд циклі
- Разряд кезінде оң және теріс электролит ерітінділеріндегі ванадий иондары электродтарда тотығу және тотықсыздану реакцияларынан өтіп, электр энергиясын бөліп шығарады.
- 2. Зарядтау циклі
- Зарядтау кезінде энергия тотығу және тотықсыздану реакцияларын кері айналдыру арқылы жинақталады, бұл ванадий иондарын бастапқы тотығу күйлеріне қайтарады. Бұл процесс жүйеге сыртқы ток беруді қамтиды.
- 3. Ағынды электролиттер
- Ағынды батареялардың негізгі сипаттамасы - жүйе арқылы айдалатын сұйық электролиттерді пайдалану, бұл электролит сақтау бактарының өлшемін үлкейту арқылы батареяның сыйымдылығын оңай арттыруға мүмкіндік береді.
Ванадий тотығу-тотықсыздану ағыны батареяларының артықшылықтары
- √ Масштабталу
Электролит бактарының көлемін ұлғайту арқылы VRFB-ларды оңай масштабтауға болады, бұл оларды электр желісін теңестіру және жаңартылатын энергияны сақтау сияқты ірі көлемді энергия сақтау қолданбалары үшін өте қолайлы етеді. - √ Ұзақ циклді өмір
Ванадий цикл кезінде ыдырамайды (өйткені ол оң және теріс электролиттер үшін бірдей материалды пайдаланады), бұл VRFB-ларға басқа батарея химияларымен салыстырғанда ұзақ қызмет ету мерзімін береді.
Naturgy компаниясы ванадий ағынды батареясын Испанияның Замора қаласында орналастырды.
- √Қауіпсіздік
VRFB электролиттері жанбайтын және улы емес болғандықтан салыстырмалы түрде қауіпсіз. Сұйық түрі сонымен қатар термиялық ағып кету қаупін азайтады, бұл кейбір басқа батарея түрлерінде алаңдаушылық тудыруы мүмкін. - √ Тиімділік
VRFB конструкциясы мен жұмыс жағдайларына байланысты екі жаққа да тиімділікке (разрядтау кезінде қалпына келтірілетін энергия пайызы) ие болуы мүмкін, ол 65%-дан 85%-ға дейін болады. -
√ Энергия мен қуатты ажырату
VRFB-лар энергияны (электролит бактарының өлшемін) және қуатты (электрохимиялық ұяшықтың өлшемін) компоненттерін тәуелсіз түрде масштабтай алады, бұл оларға әртүрлі қолданбалар үшін икемділік береді.
Ванадий тотығу-тотықсыздану ағыны батареяларының қолданылуы
Меншіктегі 1 МВт 4 МВт/сағ контейнерленген ванадий ағынды батареясыAvista Utilities компаниясы шығарған және UniEnergy Technologies компаниясы шығарған.
- ⭐Тор сақтау орны:VRFB-лар жел және күн сияқты жаңартылатын көздерден алынатын артық энергияны сақтау үшін өте пайдалы, бұл энергия көздерінің үзілістерін тегістеу үшін буферді қамтамасыз етеді.
- ⭐Жаңартылатын энергия көздерінің интеграциясы:Олар сұраныс аз болған кезде энергияны сақтай алады және оны ең жоғары сұраныс сағаттарында босата алады.
- ⭐Резервтік қуат:VRFB-ларды маңызды инфрақұрылымдағы резервтік қуат жүйелері үшін де пайдалануға болады.
Ванадий тотығу-тотықсыздану ағыны батареясы және литий-ионды батарея
| Функция | Ванадий тотығу-тотықсыздану ағынды батареясы (VFB) | |
| Қауіпсіздік | Сулы электролит ерітінділерінің арқасында қауіпсіз, термиялық ағып кетулер, өрттер немесе жарылыстар болмайды. | Зақымдалған немесе қызып кеткен жағдайда жылу шығыны, өрт немесе жарылыс сияқты қауіпсіздік қатерлерін тудыруы мүмкін. |
| Масштабталу | Оңай масштабталатын, бұл үлкен қоймаларға (жүздеген МВт/сағ) сәйкес келетін модульдік кеңейтуге мүмкіндік береді. | Масштабталуы аз; әдетте бекітілген өлшем бірліктерінде қолданылады, бірақ кейбір қолданбалар үшін масштабталуы мүмкін. |
| Бастапқы құны | Литий-ионды батареялармен салыстырғанда бастапқы инвестиция жоғары. | VFB-мен салыстырғанда бастапқы құны төмен. |
| Энергия тығыздығы | Төмен энергия тығыздығы (12-40 Вт/кг), бұл оларды электромобильдер сияқты мобильді қосымшаларға жарамсыз етеді. | Жоғары энергия тығыздығы (80-300 Вт/кг), электр көліктері (ЭК) сияқты мобильді қосымшалар үшін өте қолайлы. |
| Энергияны түрлендіру тиімділігі | Литий-ионды батареялармен салыстырғанда төмен тиімділік (70-75%). | Тиімдірек зарядтау/разрядтау циклдеріне байланысты жоғары тиімділік (90%). |
| Циклдік өмір | Өте ұзақ циклдік қызмет ету мерзімі (>10 000 цикл, кейбіреулері 20 000 циклден асады). | Қысқа цикл қызмет ету мерзімі (әдетте батарея түріне және пайдалануға байланысты 1000-3000 цикл). |
| Өмір бойы шығындар | Барлық өмірлік цикл кезінде ватт-сағатқа (Вт/сағ) төмен баға. Қайта өңделетін ванадий электролиттерімен экологиялық тазарақ. | Циклдің қызмет ету мерзімінің қысқаруына және уақыт өте келе тозуына байланысты ватт-сағатқа шаққандағы қызмет ету мерзімінің жоғары құны. |
| Бір шаршы метрге құны | Қазіргі уақытта бір Вт/сағ шамамен $0,30-$0,40, ұзақ мерзімді энергия сақтау үшін тиімдірек. | Әдетте бір Wh үшін 0,50 доллар, циклдің қысқаруына және тез ыдырауына байланысты ұзақ мерзімді сақтаудың құны жоғарырақ. |
▲Ванадий тотығу-тотықсыздану ағынды батареялары (VFB) қауіпсіздігіне, масштабталуына, ұзақ циклді қызмет ету мерзіміне және ұзақ мерзімді шығындар тиімділігіне байланысты ірі көлемді, ұзақ мерзімді энергия сақтау қолданбаларына қолайлырақ. Дегенмен, олардың төмен энергия тығыздығы және жоғары бастапқы құны оларды электр көліктері сияқты қолданбаларға жарамсыз етеді.
▲ Литий-ионды батареялар (Li-ion)энергия тығыздығының жоғары болуына байланысты электр көліктері сияқты портативті қолданбаларда кеңінен қолданылады, бірақ олар VFB-мен салыстырғанда қауіпсіздік тәуекелдерімен, циклдің қысқа мерзімімен және ұзақ мерзімді шығындармен бірге келеді.
Ванадий ағынды батареяларын шығаратын ең үздік 10 компания
Ванадий тотығу-тотықсыздану ағынды батареяларын (VRFB) әзірлеу және коммерцияландыру бойынша бүкіл әлемде бірнеше компания мен ұйым жұмыс істейді, олардың басты назарында ... бар.ауқымды энергия сақтау шешімдеріVRFB нарығындағы кейбір негізгі ойыншылардың қатарына осы технологияға маманданған танымал компаниялар да, стартаптар да кіреді.
1. RedT Energy (қазіргі Invinity Energy Systems)
- Орналасқан жері: Біріккен корольдігі
- Шолу: RedT Energy компаниясы HydroStar компаниясымен бірігіп, Invinity Energy Systems компаниясын құрды. Олар VRFB технологиясына негізделген ұзақ мерзімді энергия сақтау шешімдеріне маманданған. Олардың өнімдері өнеркәсіптік және электр желісіндегі энергия сақтау қолданбаларына бағытталған.
- Орналасқан жері: Қытай / Канада
- Шолу:VRB Energy - Қытайдың Мемлекеттік электр желісі корпорациясының еншілес компаниясы және VRFB-ларды әзірлеуге және коммерцияландыруға бағытталған. Олар ауқымды энергия сақтау шешімдерін ұсынады және әсіресе Қытай мен халықаралық нарықтарда белсенді.
3. Sumitomo Electric Industries
- Орналасқан жері: Жапония
- Шолу: Sumitomo компаниясы Vanadium Redox Flow Battery технологиясын әзірлеуде маңызды рөл атқарды. Компания өзінің VRFB жүйелерін жасап шығарды және оларды әртүрлі энергия сақтау жобаларына, әсіресе Жапония нарығында енгізді.
- Орналасқан жері: Америка Құрама Штаттары
- Шолу:Imergy Power Systems компаниясы электр желісіндегі энергияны сақтауға арналған ванадий негізіндегі ағынды батареяларды әзірлеуге маманданған. Компания күн және жел сияқты жаңартылатын энергия көздерін энергияны сақтаумен біріктіруге бағытталған.
5. Сивенс
- Орналасқан жері:Франция
- Шолу: Sivens - энергияны сақтауға арналған VRFB жүйелерін өндірумен айналысатын француз компаниясы. Олар коммерциялық және өнеркәсіптік қолданбалар үшін үнемді, ұзақ мерзімді энергияны сақтау шешімдерін әзірлеуге бағытталған.
- Орналасқан жері:Канада
- Шолу: VanadiumCorp Resource Inc. - ванадий өндіруге және VRFB технологиясын әзірлеуге маманданған канадалық тау-кен және технологиялық компания. Компания ванадий өндіру тиімділігін арттыру және VRFB үшін жаңа қолданбаларды әзірлеу үстінде.
7. Энергия сақтау жүйелері (ESS, Inc.)
- Орналасқан жері:Америка Құрама Штаттары
- Шолу:ESS Inc. - VRFB-ге ұқсас, бірақ ванадийдің орнына темірді пайдаланатын темір ағынды батарея технологиясын пайдаланатын ұзақ мерзімді энергия сақтау шешімдеріне бағытталған компания. Олар ауқымды энергия сақтау шешімдерін ұсынады, бірақ олардың жұмысы ағынды батареялар нарығының өсіп келе жатқан бөлігі болып табылады.
8. CellCube энергия сақтау жүйелері
- Орналасқан жері:Австрия / Канада
- Шолу: Gildemeister Energy Storage компаниясының еншілес компаниясы CellCube электр желісіндегі сақтау үшін ванадий редокс ағынды батареяларын өндіруге және орналастыруға маманданған. Компания, әсіресе, Еуропа мен Солтүстік Америкадағы ірі көлемді энергия сақтау жобаларына қатысады.
9. Жаңартылатын энергия көздері бойынша шешімдер (RES тобы)
- Орналасқан жері: Біріккен корольдігі
- Шолу:Әлемдік жаңартылатын энергия көздерінің ірі ойыншысы RES Group жаңартылатын энергия көздеріне арналған тұрақты, кең ауқымды энергия сақтау шешімдерін әзірлеу мақсатының бөлігі ретінде ванадий ағынды батареяларды энергетикалық жүйелерге біріктіру бойынша жұмыс істеп жатыр.
- Орналасқан жері:Қытай
- Шолу: Pu Neng (PNT) - шағын және ірі көлемді энергия сақтау шешімдеріне арналған ванадий тотығу-тотықсыздану ағынды батареяларын әзірлейтін және шығаратын қытайлық компания. Олар VRFB-ларды жаңартылатын энергия жүйелеріне біріктіруге бағытталған.
Қиындықтар және болашақ мүмкіндіктер
Ванадий тотығу-тотықсыздану ағыны батареялары перспективалы артықшылықтарды ұсынғанымен, шешілуі қажет кейбір мәселелер бар:
- ●Ванадий редокс ағынды батареясының бағасы:Ванадийдің және ірі көлемді VFB жүйелері үшін қажетті инфрақұрылымның құны салыстырмалы түрде жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, технология жетілген сайын және ванадий өндірісі ұлғайған сайын шығындар азаяды деп күтілуде.
- ●Энергия тығыздығы:VFB-лар ұзақ мерзімді жұмыс істеу мүмкіндігіне ие болғанымен, олардың энергия тығыздығы (көлем бірлігіне немесе салмаққа шаққандағы энергия мөлшері) литий-ионды немесе қатты денелі батареяларға қарағанда төмен. Бұл оларды кеңістік пен салмақ маңызды болатын қолданбалар үшін онша қолайлы етпеуі мүмкін.
- ●Тиімділік: VFB-лардың тиімділігі жоғары болғанымен, литий-ионды батареяларға қарағанда сәл төмен. Дегенмен, материалдар мен дизайнның жақсаруы уақыт өте келе тиімділікті арттырады деп күтілуде.
Қорытынды
Ванадий редокс ағынды батареясы - бұл ауқымды энергия сақтау жүйелерінде төңкеріс жасау мүмкіндігі бар инновациялық және перспективалы энергия сақтау шешімі. Оның масштабталуы, ұзақ циклді қызмет ету мерзімі, қауіпсіздігі және экологиялық таза дизайны оны электр желісін сақтау, жаңартылатын энергия көздерін интеграциялау және басқа да ауқымды энергия сақтау қолданбалары үшін тартымды нұсқа етеді. Технология жетілген сайын және шығындар азайған сайын, VFB болашақта маңызды рөл атқара алады.тұрақты энергия сақтау, бұл энергия желісінің берік және сенімдірек болуына көмектеседі.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 7 қаңтар