Vanadium-redox-flowbatterijen (VFB's)zijn een opkomende energieopslagtechnologie met aanzienlijk potentieel, met name voor grootschalige, langdurige opslagtoepassingen. In tegenstelling tot conventioneleoplaadbare batterijopslagVFB's gebruiken een vanadium-elektrolytoplossing voor zowel de positieve als de negatieve elektrode, waardoor ze uniek zijn in ontwerp en werking.
Wat is een vanadium-redox-flowbatterij?
Devanadium-redoxbatterij (VRB)De vanadium-flowbatterij, ook wel bekend als de vanadium-flowbatterij (VFB) of vanadium-redox-flowbatterij (VRFB), is een type oplaadbare flowbatterij.
Het maakt gebruik van vanadiumionen in verschillende oxidatietoestanden om elektrische energie op te slaan en vrij te geven. In tegenstelling tot conventionele batterijen slaan VRFB's energie op in vloeibare elektrolyten die door het systeem circuleren, in plaats van in vaste elektroden. Dit ontwerp maakt schaalbaarheid en flexibiliteit mogelijk.energieopslagoplossingen.
Belangrijkste componenten van een vanadium-redox-flowbatterij
| Belangrijkste component | Beschrijving |
| Elektrolyten | - VRFB maakt gebruik van twee vloeibare elektrolyten, die doorgaans vanadium in verschillende oxidatietoestanden bevatten (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ en V⁵⁺). |
| Elektroden | - Twee elektroden (meestal van koolstof of vergelijkbare materialen) faciliteren de redoxreacties (reductie en oxidatie) om energie vrij te maken of op te slaan. |
| Membraan | - Een protongeleidend membraan (vaak gemaakt van Nafion) scheidt de twee elektrolytoplossingen, waardoor ionen tussen de twee zijden kunnen stromen tijdens de laad-/ontlaadcyclus. |
| Pompen en debietsysteem | Deze componenten zorgen ervoor dat de elektrolyten door de elektrochemische cel circuleren, waardoor een continue stroom van vanadiumionen voor het energieomzettingsproces wordt gegarandeerd. |
Hoe werkt een vanadium-redox-flowbatterij?
- 1. Ontladingscyclus
- Tijdens de ontlading ondergaan vanadiumionen in de positieve en negatieve elektrolytoplossingen oxidatie- en reductiereacties aan de elektroden, waarbij elektrische energie vrijkomt.
- 2. Laadcyclus
- Tijdens het opladen wordt energie opgeslagen door de oxidatie- en reductiereacties om te keren, waardoor vanadiumionen terugkeren naar hun oorspronkelijke oxidatietoestand. Dit proces omvat het aanleggen van een externe stroom op het systeem.
- 3. Stromende elektrolyten
- Het belangrijkste kenmerk van flowbatterijen is het gebruik van vloeibare elektrolyten die door het systeem worden gepompt. Hierdoor kan de capaciteit van de batterij eenvoudig worden verhoogd door simpelweg de elektrolytopslagtanks te vergroten.
Voordelen van vanadium-redox-flowbatterijen
- √ Schaalbaarheid
VRFB's kunnen eenvoudig worden opgeschaald door de elektrolyttanks te vergroten, waardoor ze ideaal zijn voor grootschalige energieopslagtoepassingen zoals netbalancering en opslag van hernieuwbare energie. - √ Lange levensduur
Vanadium degradeert niet tijdens het laden en ontladen (omdat hetzelfde materiaal wordt gebruikt voor zowel de positieve als de negatieve elektrolyt), waardoor VRFB's een langere levensduur hebben in vergelijking met andere batterijchemieën.
Naturgy heeft deze vanadium-flowbatterij in Zamora, Spanje, geïnstalleerd.
- √Veiligheid
VRFB's zijn relatief veilig omdat de elektrolyten niet-ontvlambaar en niet-giftig zijn. De vloeibare vorm vermindert bovendien het risico op thermische oververhitting, wat bij sommige andere batterijtypen wel een probleem kan zijn. - √ Efficiëntie
VRFB's kunnen een rendement van 65% tot 85% behalen (het percentage energie dat tijdens het ontladen wordt teruggewonnen), afhankelijk van het ontwerp en de bedrijfsomstandigheden. -
√ Ontkoppeling van energie en vermogen
VRFB's kunnen de energiecomponenten (grootte van de elektrolyttanks) en vermogenscomponenten (grootte van de elektrochemische cel) onafhankelijk van elkaar schalen, waardoor ze flexibel inzetbaar zijn voor diverse toepassingen.
Toepassingen van vanadium-redox-flowbatterijen
De containerbatterij van 1 MW 4 MWh met vanadiumstroom, eigendom vanGefabriceerd door Avista Utilities en geproduceerd door UniEnergy Technologies.
- ⭐Netopslag:VRFB's zijn met name nuttig voor het opslaan van overtollige energie uit hernieuwbare bronnen zoals wind- en zonne-energie, en vormen zo een buffer om de wisselvalligheid van deze energiebronnen op te vangen.
- ⭐Integratie van hernieuwbare energie:Ze kunnen energie opslaan wanneer de vraag laag is en deze vrijgeven tijdens piekuren.
- ⭐Noodstroomvoorziening:VRFB's kunnen ook worden gebruikt voor noodstroomsystemen in kritieke infrastructuren.
Vanadium-redox-flow-batterij versus lithium-ionbatterij
| Functie | Vanadium-redox-flowbatterij (VFB) | |
| Veiligheid | Van nature veiliger dankzij waterige elektrolytoplossingen, geen thermische oververhitting, brand of explosies. | Kan veiligheidsrisico's met zich meebrengen, zoals thermische oververhitting, brand of explosies, indien beschadigd of oververhit. |
| Schaalbaarheid | Eenvoudig schaalbaar, waardoor modulaire uitbreiding mogelijk is, geschikt voor grote opslagfaciliteiten (honderden MWh). | Minder schaalbaar; wordt doorgaans gebruikt in eenheden van vaste grootte, hoewel het voor sommige toepassingen wel schaalbaar is. |
| Initiële kosten | Hogere investering vooraf in vergelijking met lithium-ionbatterijen. | Lagere aanschafkosten in vergelijking met VFB's. |
| Energiedichtheid | Lagere energiedichtheid (12-40 Wh/kg), waardoor ze ongeschikt zijn voor mobiele toepassingen zoals elektrische voertuigen. | Hogere energiedichtheid (80-300 Wh/kg), ideaal voor mobiele toepassingen zoals elektrische voertuigen (EV's). |
| Energieomzettingsrendement | Lagere efficiëntie (70-75%) vergeleken met lithium-ionbatterijen. | Hogere efficiëntie (90%) dankzij efficiëntere laad-/ontlaadcycli. |
| Levensduur van de cyclus | Extreem lange levensduur (>10.000 cycli, sommige zelfs meer dan 20.000). | Kortere levensduur (meestal 1.000-3.000 cycli, afhankelijk van het type batterij en het gebruik). |
| Levenslange kosten | Lagere kosten per wattuur (Wh) gedurende de gehele levenscyclus. Milieuvriendelijker dankzij recyclebare vanadiumelektrolyten. | Hogere totale kosten per wattuur door een kortere levensduur en slijtage in de loop der tijd. |
| Kosten per W | Momenteel ligt de prijs rond de $0,30-$0,40 per Wh, wat kosteneffectiever is voor energieopslag op lange termijn. | Doorgaans $0,50 per Wh, hogere kosten voor langdurige opslag vanwege de kortere levensduur en snellere degradatie. |
▲Vanadium-redox-flowbatterijen (VFB's) Ze zijn geschikter voor grootschalige energieopslagtoepassingen met een lange levensduur vanwege hun veiligheid, schaalbaarheid, lange levensduur en kostenefficiëntie op de lange termijn. Hun lage energiedichtheid en hoge aanschafkosten maken ze echter ongeschikt voor toepassingen zoals elektrische voertuigen.
▲ Lithium-ionbatterijen (Li-ion)Ze worden vaker gebruikt voor draagbare toepassingen zoals elektrische voertuigen vanwege hun hogere energiedichtheid, maar ze brengen veiligheidsrisico's, een kortere levensduur en hogere kosten op lange termijn met zich mee in vergelijking met VFB's.
Top 10 bedrijven die vanadium-flowbatterijen produceren
Er zijn wereldwijd diverse bedrijven en organisaties die zich bezighouden met de ontwikkeling en commercialisering van vanadium-redox-flowbatterijen (VRFB's), met een focus opgrootschalige energieopslagoplossingenEnkele belangrijke spelers op de VRFB-markt zijn zowel gevestigde bedrijven als startups die gespecialiseerd zijn in deze technologie.
1. RedT Energy (nu Invinity Energy Systems)
- Locatie: Verenigd Koninkrijk
- Overzicht: RedT Energy fuseerde met HydroStar tot Invinity Energy Systems. Ze zijn gespecialiseerd in energieopslagoplossingen voor lange termijn op basis van VRFB-technologie. Hun producten zijn gericht op industriële en grootschalige energieopslagtoepassingen.
2. VRB Energie
- Locatie: China / Canada
- Overzicht:VRB Energy is een dochteronderneming van het Chinese staatsnetbeheerbedrijf State Grid Corporation en richt zich op de ontwikkeling en commercialisering van VRFB's (vanadium-redox flowbatterijen). Ze bieden grootschalige energieopslagoplossingen aan en zijn met name actief op zowel de Chinese als de internationale markt.
3. Sumitomo Electric Industries
- Locatie: Japan
- Overzicht: Sumitomo is een belangrijke speler in de ontwikkeling van vanadium-redox-flowbatterijtechnologie. Het bedrijf heeft eigen VRFB-systemen ontwikkeld en deze geïmplementeerd in diverse energieopslagprojecten, met name op de Japanse markt.
- Locatie: Verenigde Staten
- Overzicht:Imergy Power Systems is gespecialiseerd in de ontwikkeling van vanadium-gebaseerde flowbatterijen voor grootschalige energieopslag. Het bedrijf richt zich op de integratie van hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie met energieopslag.
5. Zevens
- Locatie:Frankrijk
- Overzicht: Sivens is een Frans bedrijf dat VRFB-systemen produceert voor energieopslag. Ze richten zich op de ontwikkeling van kosteneffectieve, duurzame energieopslagoplossingen voor zowel commerciële als industriële toepassingen.
- Locatie:Canada
- Overzicht: VanadiumCorp Resource Inc. is een Canadees mijnbouw- en technologiebedrijf dat zich richt op de winning van vanadium en de ontwikkeling van VRFB-technologie. Het bedrijf werkt aan het verbeteren van de efficiëntie van de vanadiumwinning en het ontwikkelen van nieuwe toepassingen voor VRFB's.
7. Energieopslagsystemen (ESS, Inc.)
- Locatie:Verenigde Staten
- Overzicht:ESS Inc. is een bedrijf dat zich richt op energieopslagoplossingen voor de lange termijn met behulp van ijzerflowbatterijtechnologie. Deze technologie is vergelijkbaar met VRFB, maar gebruikt ijzer in plaats van vanadium. Ze bieden grootschalige energieopslagoplossingen, maar hun werk maakt deel uit van de groeiende markt voor flowbatterijen.
8. CellCube energieopslagsystemen
- Locatie:Oostenrijk / Canada
- Overzicht: CellCube, een dochteronderneming van Gildemeister Energy Storage, richt zich op de productie en inzet van vanadium-redox-flowbatterijen voor grootschalige energieopslag. Het bedrijf is met name betrokken bij grootschalige energieopslagprojecten in Europa en Noord-Amerika.
9. Oplossingen voor hernieuwbare energie (RES Group)
- Locatie: Verenigd Koninkrijk
- Overzicht:RES Group, een grote wereldwijde speler op het gebied van hernieuwbare energie, werkt aan de integratie van vanadium-flowbatterijen in energiesystemen als onderdeel van hun doelstelling om duurzame, grootschalige energieopslagoplossingen voor hernieuwbare energiebronnen te ontwikkelen.
- Locatie:China
- Overzicht: Pu Neng (PNT) is een Chinees bedrijf dat vanadium-redox-flowbatterijen ontwikkelt en produceert voor zowel kleinschalige als grootschalige energieopslagoplossingen. Ze richten zich op de integratie van VRFB's in systemen voor hernieuwbare energie.
Uitdagingen en toekomstperspectieven
Hoewel vanadium-redox-flowbatterijen veelbelovende voordelen bieden, zijn er nog enkele uitdagingen die moeten worden aangepakt:
- ●Prijs van een vanadium-redox-flowbatterij:De kosten van vanadium en de benodigde infrastructuur voor grootschalige VFB-systemen kunnen relatief hoog zijn. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt en de vanadiumproductie wordt opgeschaald, zullen de kosten naar verwachting echter dalen.
- ●Energiedichtheid:Hoewel VFB's uitstekende mogelijkheden bieden voor langdurig gebruik, is hun energiedichtheid (de hoeveelheid opgeslagen energie per volume- of gewichtseenheid) lager dan die van lithium-ion- of solid-state batterijen. Hierdoor zijn ze minder geschikt voor toepassingen waarbij ruimte en gewicht een cruciale factor zijn.
- ●Efficiëntie: Het rendement van vanadium-redoxbatterijen is weliswaar hoog, maar nog steeds iets lager dan dat van lithium-ionbatterijen. Verbeteringen in materialen en ontwerp zullen het rendement naar verwachting echter in de loop der tijd verhogen.
Conclusie
De vanadium-redox-flowbatterij is een innovatieve en veelbelovende energieopslagoplossing met het potentieel om grootschalige energieopslagsystemen te revolutioneren. De schaalbaarheid, lange levensduur, veiligheid en het milieuvriendelijke ontwerp maken het een aantrekkelijke optie voor netopslag, integratie van hernieuwbare energie en andere grootschalige energieopslagtoepassingen. Naarmate de technologie zich verder ontwikkelt en de kosten dalen, zouden vanadium-redox-flowbatterijen een sleutelrol kunnen spelen in de toekomst van energieopslag.duurzame energieopslag, wat bijdraagt aan de totstandkoming van een veerkrachtiger en betrouwbaarder energienet.
Geplaatst op: 7 januari 2025