Ванадий-тотықсыздану ағынының батареялары (VFBs)айтарлықтай әлеуеті бар, әсіресе кең ауқымды, ұзақ мерзімді сақтау қолданбаларында жаңадан пайда болған энергия сақтау технологиясы болып табылады. Кәдімгіден айырмашылығықайта зарядталатын батареяны сақтау, VFB оң және теріс электродтар үшін ванадий электролит ерітіндісін пайдаланады, бұл оларды дизайн мен пайдалануда бірегей етеді.
Ванадий тотықсыздандырғыш ағыны батареясы дегеніміз не?
Theванадий-тотықсыздандырғыш батареясы (VRB), сондай-ақ ванадий ағыны батареясы (VFB) немесе ванадий тотықсыздандырғыш батареясы (VRFB) ретінде белгілі, қайта зарядталатын ағынды батареяның түрі болып табылады.
Ол электр энергиясын сақтау және босату үшін әртүрлі тотығу күйлеріндегі ванадий иондарын пайдаланады. Кәдімгі батареялардан айырмашылығы, VRFB энергияны қатты электродтарда емес, жүйе арқылы айналатын сұйық электролиттерде сақтайды. Бұл дизайн ауқымды және икемді болуға мүмкіндік бередіэнергияны сақтау шешімдері.
Ванадий-тотықсыздану ағыны батареясының негізгі компоненттері
| Негізгі компонент | Сипаттама |
| Электролиттер | - VRFB әдетте әртүрлі тотығу күйлеріндегі (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ және V⁵⁺) құрамында ванадий бар екі сұйық электролиттерді пайдаланады. |
| Электродтар | - Екі электрод (әдетте көміртегі немесе ұқсас материалдар) энергияны босату немесе сақтау үшін тотығу-тотықсыздану реакцияларын (тотықсыздану және тотығу) жеңілдетеді. |
| Мембрана | - Протон өткізгіш мембрана (көбінесе Нафионнан жасалған) заряд/разряд циклі кезінде екі жақ арасында ион ағынын қамтамасыз ететін екі электролит ерітіндісін бөледі. |
| Сорғылар және ағын жүйесі | - Бұл компоненттер энергияны түрлендіру процесі үшін ванадий иондарының үздіксіз ағынын қамтамасыз ете отырып, электрохимиялық ұяшық арқылы электролиттерді айналдырады. |
Ванадий тотықсыздандырғыш ағынының батареясы қалай жұмыс істейді?
- 1. Разряд циклі
- Разряд кезінде оң және теріс электролит ерітінділеріндегі ванадий иондары электродтарда тотығу және тотықсыздану реакцияларына түсіп, электр энергиясын босатады.
- 2. Зарядтау циклі
- Зарядтау кезінде энергия тотығу және тотықсыздану реакцияларын кері қайтару, ванадий иондарын бастапқы тотығу күйлеріне қайтару арқылы сақталады. Бұл процесс жүйеге сыртқы токты қолдануды қамтиды.
- 3. Ағынды электролиттер
- Ағынды батареялардың негізгі сипаттамасы жүйе арқылы айдалатын сұйық электролиттерді пайдалану болып табылады, бұл электролит сақтау резервуарларының көлемін жай ғана үлкейту арқылы аккумулятордың сыйымдылығын оңай арттыруға мүмкіндік береді.
Ванадий тотықсыздандырғыш батареяларының артықшылықтары
- √ Масштабтау мүмкіндігі
VRFB-ларды электролиттік резервуарлардың көлемін ұлғайту арқылы оңай ұлғайтуға болады, бұл оларды электр желісін теңгеру және жаңартылатын энергияны сақтау сияқты ауқымды энергия сақтау қолданбалары үшін өте қолайлы етеді. - √ Ұзақ циклдік өмір
Ванадий велосипедпен жүру кезінде ыдырамайды (өйткені ол оң және теріс электролиттер үшін бірдей материалды пайдаланады), бұл VRFB батареяларының басқа химиялық заттармен салыстырғанда ұзақ жұмыс істеу мерзімін береді.
Naturgy бұл ванадий ағыны батареясын Испанияның Самора қаласында орналастырды.
- √Қауіпсіздік
VRFB салыстырмалы түрде қауіпсіз, себебі электролиттер жанбайтын және улы емес. Сұйық пішін сонымен қатар батареялардың кейбір басқа түрлерінде алаңдаушылық тудыруы мүмкін термиялық қашу қаупін азайтады. - √ Тиімділік
VRFB конструкциясы мен жұмыс жағдайларына байланысты 65%-дан 85%-ға дейінгі аралықтағы тиімділік (разрядтау кезінде қалпына келтірілген энергия пайызы) болуы мүмкін. -
√ Энергия және қуатты ажырату
VRFB энергияны (электролиттік резервуарлардың өлшемі) және қуатты (электрохимиялық ұяшық өлшемі) құрамдас бөліктерін дербес масштабтай алады, бұл оларға әртүрлі қолданбалар үшін икемділік береді.
Ванадий-тотықсыздандырғыш ағынды батареяларды қолдану
1 МВт 4 МВт/сағ контейнерленген ванадий ағынының аккумуляторы тиесіліAvista Utilities және UniEnergy Technologies шығарған.
- ⭐Тор қоймасы:VRFBs әсіресе жел және күн сияқты жаңартылатын көздерден артық энергияны сақтау үшін пайдалы, бұл энергия көздерінің үзілістерін тегістеу үшін буферді қамтамасыз етеді.
- ⭐Жаңартылатын энергия көздерін біріктіру:Олар сұраныс аз болған кезде энергияны сақтай алады және оны сұраныстың ең жоғары сағаттарында босатады.
- ⭐Сақтық қуат:VRFB сыни инфрақұрылымдағы резервтік қуат жүйелері үшін де пайдаланылуы мүмкін.
Ванадий-тотықсыздандырғыш ағынды батарея VS литий-ионды батарея
| Ерекшелік | Ванадий тотықсыздандырғыш ағыны батареясы (VFB) | |
| Қауіпсіздік | Сулы электролит ерітінділерінің арқасында қауіпсізірек, термиялық қашу, өрт немесе жарылыс жоқ. | Қауіпсіздікке қауіп төндіруі мүмкін, соның ішінде термиялық қашу, өрттер немесе зақымдалған немесе қызып кеткен жарылыстар. |
| Масштабтау мүмкіндігі | Оңай масштабталатын, үлкен қоймаларға (жүздеген МВт сағ) қолайлы модульдік кеңейтуге мүмкіндік береді. | Аз масштабталады; әдетте белгіленген өлшемді бірліктерде пайдаланылады, бірақ оны кейбір қолданбалар үшін масштабтауға болады. |
| Бастапқы құн | Ли-ионды батареялармен салыстырғанда жоғары алдын ала инвестиция. | VFB-мен салыстырғанда бастапқы құны төмен. |
| Энергия тығыздығы | Төменгі энергия тығыздығы (12-40 Вт/кг), бұл оларды EV сияқты мобильді қосымшалар үшін жарамсыз етеді. | Жоғары энергия тығыздығы (80-300 Вт/кг), электрлік көліктер (EV) сияқты мобильді қолданбалар үшін өте қолайлы. |
| Энергияны түрлендіру тиімділігі | Ли-ионды батареялармен салыстырғанда тиімділігі төмен (70-75%). | Неғұрлым тиімді зарядтау/разряд циклдеріне байланысты жоғары тиімділік (90%). |
| Өмір циклі | Өте ұзақ цикл мерзімі (>10 000 цикл, кейбіреулері 20 000 циклден асады). | Қысқарақ цикл (батарея түріне және пайдалануға байланысты әдетте 1000-3000 цикл). |
| Өмірлік шығындар | Бүкіл өмірлік циклде бір ватт-сағаттың (Вт сағ) төмен құны. Қайта өңделетін ванадий электролиттерімен экологиялық таза. | Цикл мерзімінің қысқаруына және уақыт өте келе деградацияға байланысты бір ватт-сағаттың қызмет ету мерзімінің жоғарылауы. |
| Вт сағ құны | Қазіргі уақытта шамамен $0,30- $0,40/Вт/сағ, бұл ұзақ мерзімді энергияны сақтау үшін тиімдірек. | Әдетте бір Вт/сағ үшін $0,50, циклдің қысқару мерзімі мен тезірек тозуына байланысты ұзақ мерзімді сақтау құны жоғары. |
▲Ванадий-тотықсыздану ағынының батареялары (VFBs) Қауіпсіздігі, ауқымдылығы, ұзақ цикл қызмет ету мерзімі және ұзақ мерзімді перспективада үнемділігі арқасында ауқымды, ұзақ мерзімді энергия сақтау қолданбалары үшін қолайлы. Дегенмен, олардың төмен энергия тығыздығы және жоғары бастапқы құны оларды электрлік көліктер сияқты қолданбалар үшін жарамсыз етеді.
▲ Литий-ионды батареялар (Li-ion)жоғары энергия тығыздығына байланысты электрлік көліктер сияқты портативті қолданбалар үшін кеңінен қолданылады, бірақ олар VFB-мен салыстырғанда қауіпсіздік тәуекелдерімен, қысқа цикл мерзімімен және жоғары ұзақ мерзімді шығындармен келеді.
Ванадий ағыны батареяларының 10 үздік компаниясы
Дүние жүзінде ванадий тотықсыздану ағыны батареяларын (VRFBs) әзірлеу және коммерцияландыру бойынша жұмыс істейтін бірнеше компаниялар мен ұйымдар бар.энергияны сақтаудың ауқымды шешімдері. VRFB нарығындағы кейбір негізгі ойыншыларға осы технологияға маманданған құрылған компаниялар да, стартаптар да кіреді.
1. RedT Energy (қазіргі Invinity Energy Systems)
- Орналасқан жері: Біріккен корольдігі
- Шолу: RedT Energy HydroStar компаниясымен біріктіріліп, Invinity Energy Systems компаниясын құрады. Олар VRFB технологиясына негізделген ұзақ мерзімді энергия сақтау шешімдеріне маманданған. Олардың өнімдері өнеркәсіптік және желілік энергияны сақтауға арналған.
- Орналасқан жері: Қытай / Канада
- Шолу:VRB Energy Қытайдың мемлекеттік желілік корпорациясының еншілес кәсіпорны болып табылады және VRFBs әзірлеуге және коммерцияландыруға бағытталған. Олар энергияны сақтаудың ауқымды шешімдерін ұсынады және әсіресе Қытайда да, халықаралық нарықтарда да белсенді.
3. Sumitomo Electric Industries
- Орналасқан жері: Жапония
- Шолу: Sumitomo Vanadium Redox Flow Battery технологиясын әзірлеуде маңызды ойыншы болды. Компания өзінің VRFB жүйелерін әзірледі және оларды әртүрлі энергия сақтау жобаларында, әсіресе жапон нарығында енгізді.
- Орналасқан жері: Америка Құрама Штаттары
- Шолу:Imergy Power Systems желілік энергияны сақтауға арналған ванадий негізіндегі ағынды батареяларды жасауға маманданған. Компания күн және жел сияқты жаңартылатын энергия көздерін энергия сақтаумен біріктіруге бағытталған.
5. Сивенс
- Орналасқан жері:Франция
- Шолу: Sivens - энергияны сақтауға арналған VRFB жүйелерін өндірумен айналысатын француздық компания. Олар коммерциялық және өнеркәсіптік қолданбалар үшін үнемді, ұзақ мерзімді энергия сақтау шешімдерін әзірлеуге бағытталған.
- Орналасқан жері:Канада
- Шолу: VanadiumCorp Resource Inc. - канадалық тау-кен және технологиялық компания, ол ванадий өндіруге және VRFB технологиясын дамытуға бағытталған. Компания ванадий алудың тиімділігін арттыру және VRFB үшін жаңа қосымшаларды әзірлеу бойынша жұмыс істеуде.
7. Энергияны сақтау жүйелері (ESS, Inc.)
- Орналасқан жері:Америка Құрама Штаттары
- Шолу:ESS Inc. - бұл VRFB-ге ұқсас, бірақ ванадийдің орнына темірді пайдаланатын темір ағынды батарея технологиясын қолданатын ұзақ мерзімді энергия сақтау шешімдеріне бағытталған компания. Олар энергияны сақтаудың ауқымды шешімдерін ұсынады, бірақ олардың жұмысы ағынды батареялардың өсіп келе жатқан нарығының бөлігі болып табылады.
8. CellCube энергияны сақтау жүйелері
- Орналасқан жері:Австрия / Канада
- Шолу: Gildemeister Energy Storage еншілес ұйымы CellCube тор масштабында сақтау үшін ванадий тотықсыздану ағыны батареяларын өндіруге және орналастыруға бағытталған. Компания әсіресе Еуропа мен Солтүстік Америкадағы ауқымды энергия сақтау жобаларына қатысады.
9. Жаңартылатын энергия шешімдері (RES Group)
- Орналасқан жері: Біріккен корольдігі
- Шолу:Жаңғыртылатын энергия көздерінің жаһандық ірі ойыншысы RES Group жаңартылатын көздер үшін тұрақты, ауқымды энергия сақтау шешімдерін әзірлеу мақсатының бір бөлігі ретінде ванадий ағыны батареяларын энергетикалық жүйелерге біріктірумен айналысады.
- Орналасқан жері:Қытай
- Шолу: Pu Neng (PNT) - шағын және ауқымды энергия сақтау шешімдері үшін ванадий тотықсыздану ағынының батареяларын әзірлейтін және өндіретін қытайлық компания. Олар VRFBs жаңартылатын энергия жүйелеріне біріктіруге бағытталған.
Қиындықтар мен болашақ перспективалар
Ванадий тотықсыздандырғыш ағынының батареялары перспективалы артықшылықтарды ұсынса да, шешуді қажет ететін кейбір қиындықтар бар:
- ●Ванадий тотықсыздандырғыш ағыны батареясының бағасы:Ванадий құны мен ауқымды VFB жүйелеріне қажетті инфрақұрылым салыстырмалы түрде жоғары болуы мүмкін. Дегенмен, технология жетіліп, ванадий өндірісі кеңейген сайын шығындар азаяды деп күтілуде.
- ●Энергия тығыздығы:VFBs ұзақ уақыт бойы тамаша мүмкіндіктерге ие болғанымен, олардың энергия тығыздығы (көлем немесе салмақ бірлігінде сақталатын энергия мөлшері) литий-ионды немесе қатты күйдегі батареяларға қарағанда төмен. Бұл оларды кеңістік пен салмақ маңызды болатын қолданбалар үшін жарамсыз етеді.
- ●Тиімділігі: VFB тиімділігі жоғары болғанымен, литий-ионды батареяларға қарағанда біршама төмен. Дегенмен, материалдар мен дизайндағы жақсартулар уақыт өте келе тиімділікті арттырады деп күтілуде.
Қорытынды
Ванадий тотықсыздандырғыш ағыны батареясы - бұл энергия сақтаудың инновациялық және перспективалы шешімі, ауқымды энергия сақтау жүйелерін өзгертуге мүмкіндік береді. Оның ауқымдылығы, ұзақ қызмет ету мерзімі, қауіпсіздігі және экологиялық таза дизайны оны желіні сақтау, жаңартылатын энергияны біріктіру және басқа да ауқымды энергия сақтау қолданбалары үшін тартымды нұсқаға айналдырады. Технология жетілген сайын және шығындарды азайту жүзеге асырылған сайын, VFB болашақта маңызды рөл атқаруы мүмкін.тұрақты энергияны сақтау, неғұрлым серпімді және сенімді энергия желісін құруға көмектеседі.
Жіберу уақыты: 07 қаңтар 2025 ж