바나듐 레독스 흐름 전지(VFB)특히 대규모 장기 저장 분야에서 상당한 잠재력을 지닌 신흥 에너지 저장 기술입니다. 기존의충전식 배터리 저장VFB는 양극과 음극 모두에 바나듐 전해질 용액을 사용하므로 설계와 작동 방식이 독특합니다.
바나듐 레독스 흐름 전지란?
그만큼바나듐 산화환원 전지(VRB), 바나듐 유동 전지(VFB) 또는 바나듐 산화환원 유동 전지(VRFB)라고도 하며, 충전식 유동 전지의 한 유형입니다.
다양한 산화 상태의 바나듐 이온을 이용하여 전기 에너지를 저장하고 방출합니다. 기존 배터리와 달리, VRFB는 고체 전극이 아닌 시스템 전체를 순환하는 액체 전해질에 에너지를 저장합니다. 이러한 설계는 확장성과 유연성을 제공합니다.에너지 저장 솔루션.
바나듐 레독스 흐름 전지의 핵심 구성 요소
| 핵심 구성 요소 | 설명 |
| 전해질 | - VRFB는 일반적으로 서로 다른 산화 상태(V²⁺, V³⁺, V⁴⁺, V⁵⁺)의 바나듐을 포함하는 두 가지 액체 전해질을 사용합니다. |
| 전극 | - 두 개의 전극(일반적으로 탄소 또는 유사한 재료)은 산화환원 반응(환원과 산화)을 촉진하여 에너지를 방출하거나 저장합니다. |
| 막 | - 양성자 전도성 막(대개 나피온으로 만듦)이 두 전해질 용액을 분리하여 충전/방전 사이클 동안 양쪽 사이에서 이온이 흐를 수 있도록 합니다. |
| 펌프 및 유량 시스템 | - 이러한 구성 요소는 전해질을 전기화학 셀을 통해 순환시켜 에너지 변환 과정을 위한 바나듐 이온의 지속적인 흐름을 보장합니다. |
바나듐 레독스 흐름 전지는 어떻게 작동하나요?
- 1. 방전 사이클
- 방전 중에는 양극 및 음극 전해액 내의 바나듐 이온이 전극에서 산화 및 환원 반응을 일으켜 전기 에너지를 방출합니다.
- 2. 충전 사이클
- 충전 중에는 산화 및 환원 반응을 역전시켜 바나듐 이온을 원래 산화 상태로 되돌림으로써 에너지가 저장됩니다. 이 과정에는 시스템에 외부 전류를 인가하는 과정이 포함됩니다.
- 3. 흐르는 전해질
- 유동 전지의 주요 특징은 시스템을 통해 펌핑되는 액체 전해질을 사용한다는 점인데, 이를 통해 전해질 저장 탱크의 크기를 늘리는 것만으로도 배터리 용량을 쉽게 늘릴 수 있습니다.
바나듐 레독스 흐름 전지의 장점
- √ 확장성
VRFB는 전해질 탱크의 크기를 늘려 쉽게 확장할 수 있으므로 그리드 밸런싱 및 재생 에너지 저장과 같은 대규모 에너지 저장 분야에 이상적입니다. - √ 긴 사이클 수명
바나듐은 사이클 중에 분해되지 않습니다(양극 및 음극 전해액에 동일한 재료를 사용하기 때문). 이로 인해 VRFB는 다른 배터리 화학 물질에 비해 작동 수명이 더 깁니다.
Naturgy는 스페인 사모라에 바나듐 흐름 배터리를 배치했습니다.
- √안전
VRFB는 전해질이 불연성이며 무독성이기 때문에 비교적 안전합니다. 또한, 액체 형태이기 때문에 다른 유형의 배터리에서 문제가 될 수 있는 열 폭주 위험도 줄어듭니다. - √ 능률
VRFB는 설계 및 운영 조건에 따라 65%에서 85%까지의 왕복 효율(방전 중에 회수되는 에너지의 비율)을 가질 수 있습니다. -
√ 에너지 및 전력 분리
VRFB는 에너지(전해질 탱크의 크기)와 전력(전기화학 셀의 크기) 구성요소를 독립적으로 확장할 수 있어 다양한 응용 분야에 유연하게 적용할 수 있습니다.
바나듐 레독스 흐름 전지의 응용 분야
1MW 4MWh 컨테이너형 바나듐 유동 배터리는 다음과 같습니다.Avista Utilities에서 제조되었으며 UniEnergy Technologies에서 제조되었습니다.
- ⭐그리드 스토리지:VRFB는 바람과 태양과 같은 재생 가능 에너지원에서 발생하는 초과 에너지를 저장하는 데 특히 유용하며, 이러한 에너지원의 간헐성을 완화하는 완충 장치를 제공합니다.
- ⭐재생 에너지 통합:수요가 낮을 때 에너지를 저장하고, 수요가 가장 많을 때 에너지를 방출할 수 있습니다.
- ⭐백업 전원:VRFB는 중요 인프라의 백업 전원 시스템에도 사용될 수 있습니다.
바나듐 레독스 흐름 전지 vs 리튬 이온 전지
| 특징 | 바나듐 레독스 흐름 전지(VFB) | |
| 안전 | 수용성 전해질 용액을 사용하기 때문에 본질적으로 더 안전하며, 열 폭주, 화재 또는 폭발이 없습니다. | 손상되거나 과열될 경우 열 폭주, 화재 또는 폭발 등 안전 위험을 초래할 수 있습니다. |
| 확장성 | 쉽게 확장 가능하므로 대규모 저장 시설(수백 MWh)에 적합한 모듈식 확장이 가능합니다. | 확장성이 낮습니다. 일반적으로 고정 크기 단위로 사용되지만 일부 애플리케이션에 맞게 확장할 수 있습니다. |
| 초기 비용 | 리튬이온 배터리에 비해 사전 투자 비용이 높습니다. | VFB에 비해 초기 비용이 낮습니다. |
| 에너지 밀도 | 에너지 밀도가 낮기 때문에(12~40Wh/kg) 전기자동차와 같은 모바일 기기에 적합하지 않습니다. | 더 높은 에너지 밀도(80~300Wh/kg)로 전기 자동차(EV)와 같은 모바일 애플리케이션에 이상적입니다. |
| 에너지 변환 효율 | 리튬이온 배터리에 비해 효율성이 낮습니다(70-75%). | 더욱 효율적인 충전/방전 사이클로 인해 효율성이 더 높아졌습니다(90%). |
| 사이클 수명 | 매우 긴 사이클 수명(10,000 사이클 이상, 일부는 20,000 사이클 초과). | 배터리 수명이 짧습니다(일반적으로 배터리 종류와 사용량에 따라 1,000~3,000회 충전). |
| 평생 비용 | 전체 수명 주기 동안 와트시(Wh)당 비용이 절감됩니다. 재활용 가능한 바나듐 전해질을 사용하여 더욱 친환경적입니다. | 짧은 수명 주기와 시간 경과에 따른 성능 저하로 인해 와트시당 수명 비용이 높아집니다. |
| Wh당 비용 | 현재는 Wh당 0.30~0.40달러 정도로 장기 에너지 저장에 더 비용 효율적입니다. | 일반적으로 Wh당 0.50달러이며, 수명 주기가 짧고 분해 속도가 빠르기 때문에 장기 보관 비용이 더 높습니다. |
▲바나듐 레독스 흐름 전지(VFB) 안전성, 확장성, 긴 수명, 그리고 장기적인 비용 효율성으로 인해 대규모 장기 에너지 저장 분야에 더 적합합니다. 그러나 낮은 에너지 밀도와 높은 초기 비용으로 인해 전기 자동차와 같은 분야에는 적합하지 않습니다.
▲ 리튬 이온 배터리(Li-ion)VFB는 에너지 밀도가 높아 전기 자동차와 같은 휴대용 분야에 널리 사용되지만, VFB에 비해 안전 위험이 있고 수명이 짧으며 장기적으로 비용이 더 많이 듭니다.
바나듐 흐름 전지 상위 10개 회사
전 세계적으로 바나듐 레독스 유동 전지(VRFB)의 개발 및 상용화를 위해 노력하는 여러 회사와 조직이 있습니다.대규모 에너지 저장 솔루션VRFB 시장의 주요 참여자로는 이 기술을 전문으로 하는 기존 기업과 스타트업이 있습니다.
1. RedT Energy(현 Invinity Energy Systems)
- 위치: 영국
- 개요: RedT Energy는 HydroStar와 합병하여 Invinity Energy Systems를 설립했습니다. Invinity Energy Systems는 VRFB 기술 기반의 장기 에너지 저장 솔루션을 전문으로 합니다. 이들의 제품은 산업용 및 그리드 규모의 에너지 저장 애플리케이션을 대상으로 합니다.
2. VRB 에너지
- 위치: 중국 / 캐나다
- 개요:VRB 에너지는 중국 국가전력망공사(State Grid Corporation)의 자회사로, VRFB 개발 및 상용화에 주력하고 있습니다. VRB 에너지는 대규모 에너지 저장 솔루션을 제공하며, 특히 중국 및 해외 시장에서 활발하게 활동하고 있습니다.
3. S우미토모 전기공업
- 위치: 일본
- 개요: 스미토모는 바나듐 레독스 흐름 전지 기술 개발에 중요한 역할을 해왔습니다. 회사는 자체 VRFB 시스템을 개발하여 다양한 에너지 저장 프로젝트, 특히 일본 시장에 적용해 왔습니다.
4. 이미지 파워 시스템
- 위치: 미국
- 개요:Imergy Power Systems는 그리드 규모 에너지 저장을 위한 바나듐 기반 흐름 전지 개발을 전문으로 합니다. 이 회사는 태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지원을 에너지 저장 시스템과 통합하는 데 주력하고 있습니다.
5. 시븐스
- 위치:프랑스
- 개요: 시븐스(Sivens)는 에너지 저장용 VRFB(풍력발전) 시스템을 생산하는 프랑스 기업입니다. 시븐스는 상업 및 산업 분야 모두에서 비용 효율적이고 오래 지속되는 에너지 저장 솔루션 개발에 주력하고 있습니다.
- 위치:캐나다
- 개요: VanadiumCorp Resource Inc.는 바나듐 추출 및 VRFB 기술 개발에 주력하는 캐나다 광산 및 기술 기업입니다. 이 회사는 바나듐 추출 효율 향상 및 VRFB의 새로운 응용 분야 개발에 힘쓰고 있습니다.
- 위치:미국
- 개요:ESS Inc.는 VRFB와 유사하지만 바나듐 대신 철을 사용하는 철 유동 전지 기술을 활용한 장기 에너지 저장 솔루션에 주력하는 회사입니다. ESS는 대규모 에너지 저장 솔루션을 제공하지만, 성장하는 유동 전지 시장의 일부이기도 합니다.
- 위치:오스트리아 / 캐나다
- 개요: 길데마이스터 에너지 스토리지(Gildemeister Energy Storage)의 자회사인 셀큐브(CellCube)는 그리드 규모 저장을 위한 바나듐 레독스 흐름 전지(Vanadium Redox Flow Battery)의 제조 및 구축에 주력하고 있습니다. 특히 유럽과 북미 지역의 대규모 에너지 저장 프로젝트에 참여하고 있습니다.
- 위치: 영국
- 개요:대규모 글로벌 재생 에너지 기업인 RES 그룹은 재생 에너지를 위한 지속 가능한 대규모 에너지 저장 솔루션을 개발한다는 목표의 일환으로 바나듐 흐름 배터리를 에너지 시스템에 통합하는 작업을 진행하고 있습니다.
10.푸능(PNT)
- 위치:중국
- 개요: 푸능(PNT)은 소규모 및 대규모 에너지 저장 솔루션용 바나듐 레독스 흐름 전지를 개발 및 제조하는 중국 기업입니다. 푸능은 VRFB를 재생 에너지 시스템에 통합하는 데 주력하고 있습니다.
과제와 미래 전망
바나듐 레독스 유동 전지는 유망한 장점을 제공하지만 해결해야 할 몇 가지 과제가 있습니다.
- ●바나듐 레독스 흐름 전지 가격:대규모 VFB 시스템에 필요한 바나듐 비용과 인프라는 상대적으로 높을 수 있습니다. 그러나 기술이 발전하고 바나듐 생산 규모가 확대됨에 따라 비용은 감소할 것으로 예상됩니다.
- ●에너지 밀도:VFB는 뛰어난 장기 지속성을 제공하지만, 에너지 밀도(단위 부피 또는 무게당 저장되는 에너지의 양)가 리튬 이온 배터리나 전고체 배터리보다 낮습니다. 따라서 공간과 무게가 중요한 분야에는 적합하지 않을 수 있습니다.
- ●능률: VFB의 효율은 높지만 리튬 이온 배터리보다 약간 낮습니다. 그러나 소재 및 디자인 개선을 통해 시간이 지남에 따라 효율이 향상될 것으로 예상됩니다.
결론
바나듐 레독스 흐름 전지는 혁신적이고 유망한 에너지 저장 솔루션으로, 대규모 에너지 저장 시스템에 혁명을 일으킬 잠재력을 가지고 있습니다. 확장성, 긴 수명, 안전성, 그리고 친환경적인 설계 덕분에 전력망 저장, 재생 에너지 통합, 그리고 기타 대규모 에너지 저장 분야에 매력적인 선택이 될 것입니다. 기술이 발전하고 비용 절감이 실현됨에 따라, VFB는 미래 에너지 저장 시스템에서 핵심적인 역할을 할 수 있을 것입니다.지속 가능한 에너지 저장보다 탄력적이고 안정적인 에너지 그리드를 만드는 데 도움이 됩니다.
게시 시간: 2025년 1월 7일