Vanadium Redox Flow-batterier (VFB-er)er en fremvoksende energilagringsteknologi med betydelig potensial, spesielt i storskala, langvarige lagringsapplikasjoner. I motsetning til konvensjonelleoppladbart batterilagring, VFB-er bruker en vanadiumelektrolyttløsning for både de positive og negative elektrodene, noe som gjør dem unike i design og drift.
Hva er et vanadium redoks-strømningsbatteri?
Devanadium redoksbatteri (VRB), også kjent som vanadiumstrømningsbatteri (VFB) eller vanadiumredoksstrømningsbatteri (VRFB), er en type oppladbart strømningsbatteri.
Den bruker vanadiumioner i ulike oksidasjonstilstander for å lagre og frigjøre elektrisk energi. I motsetning til konvensjonelle batterier lagrer VRFB-er energi i flytende elektrolytter som sirkulerer gjennom systemet, i stedet for i faste elektroder. Denne designen muliggjør skalerbar og fleksibelenergilagringsløsninger.
Viktige komponenter i et vanadium redoks-strømningsbatteri
| Nøkkelkomponent | Beskrivelse |
| Elektrolytter | - VRFB bruker to flytende elektrolytter, som vanligvis inneholder vanadium i forskjellige oksidasjonstilstander (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ og V⁵⁺). |
| Elektroder | - To elektroder (vanligvis karbon eller lignende materialer) forenkler redoksreaksjonene (reduksjon og oksidasjon) for å frigjøre eller lagre energi. |
| Membran | - En protonledende membran (ofte laget av Nafion) skiller de to elektrolyttløsningene, slik at ionene kan strømme mellom de to sidene under lade-/utladningssyklusen. |
| Pumper og strømningssystem | - Disse komponentene sirkulerer elektrolyttene gjennom den elektrokjemiske cellen, og sikrer kontinuerlig strøm av vanadiumioner for energiomdannelsesprosessen. |
Hvordan fungerer et vanadium redoks-strømningsbatteri?
- 1. Utladningssyklus
- Under utladning gjennomgår vanadiumioner i de positive og negative elektrolyttløsningene oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner ved elektrodene, og frigjør elektrisk energi.
- 2. Ladesyklus
- Under lading lagres energi ved å reversere oksidasjons- og reduksjonsreaksjonene, slik at vanadiumioner flyttes tilbake til deres opprinnelige oksidasjonstilstander. Denne prosessen innebærer å påføre en ekstern strøm til systemet.
- 3. Flytende elektrolytter
- Hovedkarakteristikken til strømningsbatterier er bruken av flytende elektrolytter som pumpes gjennom systemet, noe som gjør at batteriets kapasitet enkelt kan økes ved ganske enkelt å forstørre størrelsen på elektrolytttankene.
Fordeler med vanadium redoks-strømningsbatterier
- √ Skalerbarhet
VRFB-er kan enkelt skaleres opp ved å øke størrelsen på elektrolytttankene, noe som gjør dem ideelle for storskala energilagringsapplikasjoner som nettbalansering og lagring av fornybar energi. - √ Lang sykluslevetid
Vanadium brytes ikke ned under sykling (fordi det bruker samme materiale for både positive og negative elektrolytter), noe som gir VRFB-er en lengre levetid sammenlignet med andre batterikjemikalier.
Naturgy distribuerte dette vanadiumstrømningsbatteriet i Zamora, Spania.
- √Sikkerhet
VRFB-er er relativt trygge fordi elektrolyttene er ikke-brennbare og giftfrie. Den flytende formen reduserer også risikoen for termisk runaway, noe som kan være et problem i noen andre typer batterier. - √ Effektivitet
VRFB-er kan ha tur-retur-effektivitet (prosentandelen energi som gjenvinnes under utladning) på mellom 65 % og 85 %, avhengig av design og driftsforhold. -
√ Energi- og kraftavkobling
VRFB-er kan uavhengig skalere energikomponentene (størrelsen på elektrolytttankene) og effektkomponentene (størrelsen på den elektrokjemiske cellen), noe som gir dem fleksibilitet for ulike applikasjoner.
Bruksområder for vanadium redoksstrømningsbatterier
Det containeriserte vanadiumstrømningsbatteriet på 1 MW og 4 MWh eies avAvista Utilities og produsert av UniEnergy Technologies.
- ⭐Nettlagring:VRFB-er er spesielt nyttige for å lagre overskuddsenergi fra fornybare kilder som vind og sol, og gir en buffer for å jevne ut periodiskheten til disse energikildene.
- ⭐Integrering av fornybar energi:De kan lagre energi når etterspørselen er lav og frigjøre den i timer med høy etterspørsel.
- ⭐Reservestrøm:VRFB-er kan også brukes til reservestrømsystemer i kritisk infrastruktur.
Vanadium Redox Flow-batteri VS litiumionbatteri
| Trekk | Vanadium Redox Flow-batteri (VFB) | |
| Sikkerhet | Iboende tryggere på grunn av vandige elektrolyttløsninger, ingen termisk runaway, branner eller eksplosjoner. | Kan utgjøre sikkerhetsrisikoer, inkludert termisk runaway, branner eller eksplosjoner hvis den blir skadet eller overopphetet. |
| Skalerbarhet | Lett skalerbar, noe som muliggjør modulær utvidelse som er egnet for store lagringsanlegg (hundrevis av MWh). | Mindre skalerbar; vanligvis brukt i enheter med fast størrelse, selv om den kan skaleres for noen applikasjoner. |
| Opprinnelig kostnad | Høyere startinvestering sammenlignet med Li-ion-batterier. | Lavere startkostnader sammenlignet med VFB-er. |
| Energitetthet | Lavere energitetthet (12–40 Wh/kg), noe som gjør dem uegnet for mobile applikasjoner som elbiler. | Høyere energitetthet (80–300 Wh/kg), ideell for mobile applikasjoner som elbiler. |
| Energikonverteringseffektivitet | Lavere effektivitet (70–75 %) sammenlignet med litiumionbatterier. | Høyere effektivitet (90 %) på grunn av mer effektive lade-/utladningssykluser. |
| Syklusliv | Ekstremt lang sykluslevetid (>10 000 sykluser, noen overstiger 20 000 sykluser). | Kortere sykluslevetid (vanligvis 1000–3000 sykluser, avhengig av batteritype og bruk). |
| Livstidskostnader | Lavere kostnad per wattime (Wh) over hele livssyklusen. Mer miljøvennlig med resirkulerbare vanadiumelektrolytter. | Høyere levetidskostnad per watt-time på grunn av kortere sykluslevetid og forringelse over tid. |
| Kostnad per time | For tiden rundt $0,30–$0,40 per Wh, mer kostnadseffektivt for langsiktig energilagring. | Vanligvis $0,50 per Wh, høyere kostnad for langtidslagring på grunn av kortere levetid og raskere nedbrytning. |
▲Vanadium Redox Flow-batterier (VFB-er) er mer egnet for storskala, langvarige energilagringsapplikasjoner på grunn av deres sikkerhet, skalerbarhet, lange sykluslevetid og kostnadseffektivitet på lang sikt. Imidlertid gjør deres lave energitetthet og høye startkostnad dem uegnet for applikasjoner som elektriske kjøretøy.
▲ Litiumionbatterier (Li-ion)er mer brukt til bærbare applikasjoner som elektriske kjøretøy på grunn av deres høyere energitetthet, men de kommer med sikkerhetsrisikoer, kortere sykluslevetid og høyere langsiktige kostnader sammenlignet med frittstående transformatorer.
Topp 10 selskaper innen vanadiumstrømningsbatterier
Det finnes flere selskaper og organisasjoner over hele verden som jobber med utvikling og kommersialisering av vanadium-redox-strømningsbatterier (VRFB), med fokus påstorskala energilagringsløsningerNoen viktige aktører i VRFB-markedet inkluderer både etablerte selskaper og oppstartsbedrifter som spesialiserer seg på denne teknologien.
1. RedT Energy (nå Invinity Energy Systems)
- Sted: Storbritannia
- Oversikt: RedT Energy fusjonerte med HydroStar for å danne Invinity Energy Systems. De spesialiserer seg på langsiktige energilagringsløsninger basert på VRFB-teknologi. Produktene deres er rettet mot industrielle og nettbaserte energilagringsapplikasjoner.
2. VRB Energi
- Sted: Kina / Canada
- Oversikt:VRB Energy er et datterselskap av Kinas State Grid Corporation og fokuserer på utvikling og kommersialisering av VRFB-er. De tilbyr storskala energilagringsløsninger og er spesielt aktive i både Kina og internasjonale markeder.
3. SUmitomo Electric Industries
- Sted: Japan
- Oversikt: Sumitomo har vært en betydelig aktør i utviklingen av Vanadium Redox Flow Battery-teknologi. Selskapet har utviklet sine egne VRFB-systemer og implementert dem i ulike energilagringsprosjekter, spesielt i det japanske markedet.
- Sted: USA
- Oversikt:Imergy Power Systems spesialiserer seg på utvikling av vanadiumbaserte strømningsbatterier for energilagring i nettskala. Selskapet fokuserer på å integrere fornybare energikilder som sol og vind med energilagring.
5. Syvens
- Sted:Frankrike
- Oversikt: Sivens er et fransk selskap som produserer VRFB-systemer for energilagring. De fokuserer på å utvikle kostnadseffektive og langvarige energilagringsløsninger for både kommersielle og industrielle applikasjoner.
- Sted:Canada
- Oversikt: VanadiumCorp Resource Inc. er et kanadisk gruve- og teknologiselskap som fokuserer på utvinning av vanadium og utvikling av VRFB-teknologi. Selskapet jobber med å forbedre effektiviteten av vanadiumutvinning og utvikle nye bruksområder for VRFB-er.
7. Energilagringssystemer (ESS, Inc.)
- Sted:USA
- Oversikt:ESS Inc. er et selskap som fokuserer på langsiktige energilagringsløsninger ved bruk av jernstrømsbatteriteknologi, som ligner på VRFB, men bruker jern i stedet for vanadium. De tilbyr storskala energilagringsløsninger, men arbeidet deres er en del av det voksende markedet for strømningsbatterier.
8. CellCube energilagringssystemer
- Sted:Østerrike / Canada
- Oversikt: CellCube, et datterselskap av Gildemeister Energy Storage, fokuserer på produksjon og utrulling av vanadium-redox-strømningsbatterier for lagring i nettskala. Selskapet er spesielt involvert i storskala energilagringsprosjekter i Europa og Nord-Amerika.
9. Fornybare energiløsninger (RES Group)
- Sted: Storbritannia
- Oversikt:RES Group, en stor global aktør innen fornybar energi, jobber med å integrere vanadiumstrømningsbatterier i energisystemer som en del av målet sitt om å utvikle bærekraftige, storskala energilagringsløsninger for fornybar energi.
- Sted:Kina
- Oversikt: Pu Neng (PNT) er et kinesisk selskap som utvikler og produserer vanadium-redox-strømningsbatterier for både små og store energilagringsløsninger. De fokuserer på å integrere VRB-er i fornybare energisystemer.
Utfordringer og fremtidsutsikter
Selv om vanadium-redox-strømningsbatterier tilbyr lovende fordeler, er det noen utfordringer som må tas tak i:
- ●Pris på vanadium redoks-strømningsbatteri:Kostnaden for vanadium og infrastrukturen som kreves for storskala VFB-systemer kan være relativt høy. Etter hvert som teknologien modnes og vanadiumproduksjonen skaleres opp, forventes det imidlertid at kostnadene vil synke.
- ●Energitetthet:Selv om volum- eller vektladere har utmerkede egenskaper for lang levetid, er energitettheten deres (mengden energi lagret per volum- eller vektenhet) lavere enn for litiumion- eller solid-state-batterier. Dette kan gjøre dem mindre egnet for applikasjoner der plass og vekt er kritisk.
- ●Effektivitet: Effektiviteten til VFB-er er høy, men fortsatt litt lavere enn for litiumionbatterier. Forbedringer i materialer og design forventes imidlertid å øke effektiviteten over tid.
Konklusjon
Vanadium Redox Flow-batteriet er en innovativ og lovende energilagringsløsning med potensial til å revolusjonere storskala energilagringssystemer. Skalerbarheten, den lange levetiden, sikkerheten og det miljøvennlige designet gjør det til et attraktivt alternativ for nettlagring, integrering av fornybar energi og andre storskala energilagringsapplikasjoner. Etter hvert som teknologien modnes og kostnadsreduksjoner realiseres, kan VFB-er spille en nøkkelrolle i fremtiden forbærekraftig energilagring, noe som bidrar til å skape et mer robust og pålitelig energinett.
Publisert: 07.01.2025