Vanadium Redox Flow Batterijen (VFB's)zijn een opkomende energieopslagtechnologie met een aanzienlijk potentieel, met name in grootschalige, langdurige opslagtoepassingen. In tegenstelling tot conventioneleoplaadbare batterijopslagVFB's gebruiken een vanadium-elektrolytoplossing voor zowel de positieve als de negatieve elektroden, waardoor ze een uniek ontwerp en werking hebben.
Wat is een vanadium-redoxstroombatterij?
Devanadium redoxbatterij (VRB), ook bekend als vanadium flow battery (VFB) of vanadium redox flow battery (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 schaalbare en flexibeleenergieopslagoplossingen.
Belangrijkste componenten van een vanadium-redoxstroombatterij
| 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 koolstof of een vergelijkbaar materiaal) vergemakkelijken 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 ionenstroom tussen de twee kanten mogelijk is tijdens de laad-/ontlaadcyclus. |
| Pompen en stromingssysteem | - Deze componenten laten de elektrolyten door de elektrochemische cel circuleren en zorgen zo voor een continue stroom vanadiumionen voor het energieomzettingsproces. |
Hoe werkt een vanadium-redoxstroombatterij?
- 1. Ontladingscyclus
- Tijdens de ontlading ondergaan de vanadiumionen in de positieve en negatieve elektrolytoplossingen oxidatie- en reductiereacties bij 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
- De belangrijkste eigenschap van flowbatterijen is het gebruik van vloeibare elektrolyten die door het systeem worden gepompt. Hierdoor kan de capaciteit van de batterij eenvoudig worden vergroot door de opslagtanks voor elektrolyt te vergroten.
Voordelen van vanadium redox flow batterijen
- √ Schaalbaarheid
VRFB's kunnen eenvoudig worden opgeschaald door de omvang van de elektrolyttanks te vergroten. Hierdoor zijn ze ideaal voor grootschalige energieopslagtoepassingen, zoals netbalancering en opslag van hernieuwbare energie. - √ Lange cycluslevensduur
Vanadium degradeert niet tijdens de cyclus (omdat hetzelfde materiaal wordt gebruikt voor zowel de positieve als de negatieve elektrolyten), waardoor VRFB's een langere levensduur hebben vergeleken met andere batterijchemieën.
Naturgy heeft deze vanadium-stroombatterij ingezet in Zamora, Spanje.
- √Veiligheid
VRFB's zijn relatief veilig omdat de elektrolyten niet ontvlambaar en niet giftig zijn. De vloeibare vorm vermindert ook het risico op thermische runaway, wat een probleem kan zijn bij sommige andere soorten batterijen. - √ Efficiëntie
VRFB's kunnen een round-trip efficiency hebben (het percentage energie dat tijdens het ontladen wordt teruggewonnen) van 65% tot 85%, afhankelijk van het ontwerp en de bedrijfsomstandigheden. -
√ Energie- en vermogensontkoppeling
VRFB's kunnen de energiecomponenten (grootte van de elektrolyttanks) en het vermogen (grootte van de elektrochemische cel) onafhankelijk van elkaar schalen, waardoor ze flexibel zijn voor verschillende toepassingen.
Toepassingen van vanadium redox flow batterijen
De 1 MW 4 MWh container-vanadium-stroombatterij vanAvista Utilities en geproduceerd door UniEnergy Technologies.
- ⭐Rasteropslag:VRFB's zijn met name geschikt voor het opslaan van overtollige energie uit hernieuwbare bronnen zoals wind- en zonne-energie. Ze vormen een buffer om de fluctuaties van deze energiebronnen op te vangen.
- ⭐Integratie van hernieuwbare energie:Ze kunnen energie opslaan wanneer de vraag laag is en deze weer vrijgeven tijdens piekmomenten.
- ⭐Noodstroom:VRFB's kunnen ook worden gebruikt voor back-upstroomsystemen in kritieke infrastructuur.
Vanadium Redox Flow Batterij VS Lithium-ion Batterij
| Functie | Vanadium Redox Flow Batterij (VFB) | |
| Veiligheid | Inherent veiliger dankzij waterige elektrolytoplossingen, geen thermische uitbarsting, brand of explosies. | Kan veiligheidsrisico's opleveren, zoals oververhitting, brand of explosies als het beschadigd of oververhit raakt. |
| Schaalbaarheid | Gemakkelijk schaalbaar, waardoor modulaire uitbreiding mogelijk is, geschikt voor grote opslagfaciliteiten (honderden MWh). | Minder schaalbaar; doorgaans gebruikt in eenheden met een vaste omvang, hoewel het voor sommige toepassingen kan worden geschaald. |
| Initiële kosten | Hogere initiële investering vergeleken met Li-ion batterijen. | Lagere initiële kosten vergeleken 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). |
| Energieomzettingsefficiëntie | Lagere efficiëntie (70-75%) vergeleken met Li-ionbatterijen. | Hogere efficiëntie (90%) dankzij efficiëntere laad-/ontlaadcycli. |
| Cyclusleven | Extreem lange levensduur (>10.000 cycli, met sommige meer dan 20.000 cycli). | 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 vanadium-elektrolyten. | Hogere kosten per wattuur gedurende de levensduur vanwege de kortere cycluslevensduur en degradatie na verloop van tijd. |
| Kosten per Wh | Momenteel ongeveer $0,30-$0,40 per Wh, kosteneffectiever voor langdurige energieopslag. | Normaal gesproken $ 0,50 per Wh, hogere kosten voor langdurige opslag vanwege de kortere cycluslevensduur en snellere afbraak. |
▲Vanadium Redox Flow Batterijen (VFB's) zijn geschikter voor grootschalige, langdurige energieopslagtoepassingen vanwege hun veiligheid, schaalbaarheid, lange levensduur en kostenefficiëntie op de lange termijn. Hun lage energiedichtheid en hoge initiële kosten maken ze echter ongeschikt voor toepassingen zoals elektrische voertuigen.
▲ Lithium-ionbatterijen (Li-ion)worden op grotere schaal gebruikt voor draagbare toepassingen, zoals elektrische voertuigen, vanwege hun hogere energiedichtheid. Ze brengen echter ook veiligheidsrisico's, een kortere levensduur en hogere kosten op de lange termijn met zich mee in vergelijking met VFB's.
Top 10 vanadium-stroombatterijbedrijven
Wereldwijd zijn er verschillende bedrijven en organisaties die werken aan de ontwikkeling en commercialisering van Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB's), met een focus opgrootschalige energieopslagoplossingenTot de belangrijkste spelers op de VRFB-markt behoren 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. Zij zijn gespecialiseerd in oplossingen voor langdurige energieopslag op basis van VRFB-technologie. Hun producten zijn gericht op industriële en netgebaseerde energieopslagtoepassingen.
2. VRB Energie
- Locatie: China / Canada
- Overzicht:VRB Energy is een dochteronderneming van de Chinese staatsgrid Corporation en richt zich op de ontwikkeling en commercialisering van VRFB's. Ze bieden grootschalige energieopslagoplossingen en zijn met name actief op de Chinese en internationale markt.
3. SUmitomo Electric Industries
- Locatie: Japan
- Overzicht: Sumitomo is een belangrijke speler geweest in de ontwikkeling van Vanadium Redox Flow Battery-technologie. Het bedrijf heeft zijn eigen VRFB-systemen ontwikkeld en 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 energieopslag op netniveau. Het bedrijf richt zich op de integratie van hernieuwbare energiebronnen zoals zon en wind met energieopslag.
5. Sivens
- Locatie:Frankrijk
- Overzicht: Sivens is een Frans bedrijf dat zich bezighoudt met de productie van VRFB-systemen 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 oplossingen voor langdurige energieopslag met behulp van ijzerstroombatterijtechnologie, vergelijkbaar met VRFB, maar met ijzer in plaats van vanadium. Ze bieden grootschalige energieopslagoplossingen, maar hun werk maakt deel uit van de groeiende markt van stroombatterijen.
8. CellCube Energieopslagsystemen
- Locatie:Oostenrijk / Canada
- Overzicht: CellCube, een dochteronderneming van Gildemeister Energy Storage, richt zich op de productie en implementatie van vanadium redox flow batterijen voor opslag op netniveau. 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 speler op wereldschaal in hernieuwbare energie, werkt aan de integratie van vanadium-flowbatterijen in energiesystemen als onderdeel van hun doel om duurzame, grootschalige energieopslagoplossingen voor hernieuwbare energiebronnen te ontwikkelen.
- Locatie:China
- Overzicht: Pu Neng (PNT) is een Chinees bedrijf dat vanadium redoxflowbatterijen ontwikkelt en produceert voor zowel kleinschalige als grootschalige energieopslagoplossingen. Ze richten zich op de integratie van VRFB's in hernieuwbare energiesystemen.
Uitdagingen en toekomstige vooruitzichten
Hoewel Vanadium Redox Flow-batterijen veelbelovende voordelen bieden, zijn er ook enkele uitdagingen die moeten worden aangepakt:
- ●Prijs van Vanadium Redox Flow Batterij:De kosten van vanadium en de infrastructuur die nodig is voor grootschalige VFB-systemen kunnen relatief hoog zijn. Naarmate de technologie zich ontwikkelt en de vanadiumproductie toeneemt, zullen de kosten naar verwachting echter dalen.
- ●Energiedichtheid:Hoewel VFB's uitstekende duurzaamheidsmogelijkheden hebben, is hun energiedichtheid (de hoeveelheid energie die per volume- of gewichtseenheid wordt opgeslagen) lager dan die van lithium-ion- of solid-state batterijen. Dit maakt ze mogelijk minder geschikt voor toepassingen waar ruimte en gewicht cruciaal zijn.
- ●Efficiëntie: De efficiëntie van VFB's is weliswaar hoog, maar nog steeds iets lager dan die van lithium-ionbatterijen. Verbeteringen in materiaal en ontwerp zullen de efficiëntie echter naar verwachting in de loop der tijd verhogen.
Conclusie
De Vanadium Redox Flow Battery is een innovatieve en veelbelovende energieopslagoplossing met de potentie 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 kostenbesparingen worden gerealiseerd, zouden VFB's een belangrijke rol kunnen spelen in de toekomst vanduurzame energieopslag, wat bijdraagt aan een veerkrachtiger en betrouwbaarder energienet.
Plaatsingstijd: 07-01-2025