Akumulatory przepływowe redoks wanadowe (VFB)to wschodząca technologia magazynowania energii o znacznym potencjale, szczególnie w zastosowaniach magazynowania na dużą skalę i o długim okresie trwania. W przeciwieństwie do konwencjonalnychakumulatorowe przechowywanieW ogniwach VFB zastosowano roztwór elektrolitu wanadowego zarówno w elektrodach dodatnich, jak i ujemnych, co sprawia, że są to ogniwa wyjątkowe pod względem konstrukcji i działania.
Czym jest akumulator przepływowy wanadowo-redox?
Tenakumulator wanadowo-redoksowy (VRB), znany również jako akumulator przepływowy wanadowy (VFB) lub akumulator przepływowy wanadowo-redox (VRFB), jest rodzajem akumulatora przepływowego z możliwością ładowania.
Wykorzystuje jony wanadu w różnych stopniach utlenienia do magazynowania i uwalniania energii elektrycznej. W przeciwieństwie do konwencjonalnych baterii, VRFB przechowują energię w ciekłych elektrolitach, które krążą w systemie, a nie w stałych elektrodach. Taka konstrukcja umożliwia skalowalność i elastycznośćrozwiązania w zakresie magazynowania energii.
Kluczowe elementy akumulatora przepływowego wanadowo-redoksowego
| Kluczowy komponent | Opis |
| Elektrolity | - VRFB wykorzystuje dwa ciekłe elektrolity, zazwyczaj zawierające wanad na różnych stopniach utlenienia (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ i V⁵⁺). |
| Elektrody | - Dwie elektrody (zwykle wykonane z węgla lub podobnego materiału) ułatwiają reakcje redoks (redukcję i utlenianie), uwalniając lub magazynując energię. |
| Membrana | - Membrana przewodząca protony (często wykonana z Nafionu) rozdziela dwa roztwory elektrolitu, umożliwiając przepływ jonów pomiędzy obiema stronami podczas cyklu ładowania/rozładowania. |
| Pompy i układy przepływu | - Elementy te zapewniają cyrkulację elektrolitów w ogniwie elektrochemicznym, zapewniając ciągły przepływ jonów wanadu niezbędny do procesu przetwarzania energii. |
Jak działa akumulator przepływowy wanadowo-redox?
- 1. Cykl rozładowania
- Podczas rozładowywania jony wanadu znajdujące się w dodatnich i ujemnych roztworach elektrolitu ulegają reakcjom utleniania i redukcji na elektrodach, uwalniając energię elektryczną.
- 2. Cykl ładowania
- Podczas ładowania energia jest magazynowana poprzez odwrócenie reakcji utleniania i redukcji, co powoduje powrót jonów wanadu do ich pierwotnych stanów utlenienia. Proces ten obejmuje zastosowanie zewnętrznego prądu do układu.
- 3. Przepływające elektrolity
- Główną cechą akumulatorów przepływowych jest wykorzystanie ciekłego elektrolitu, który jest pompowany do układu. Dzięki temu pojemność akumulatora można łatwo zwiększyć poprzez proste powiększenie zbiorników na elektrolit.
Zalety akumulatorów przepływowych wanadowo-redox
- √ Skalowalność
Systemy VRFB można łatwo rozbudowywać poprzez zwiększenie rozmiaru zbiorników elektrolitu, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań w zakresie magazynowania energii na dużą skalę, takich jak równoważenie sieci i magazynowanie energii odnawialnej. - √ Długi cykl życia
Wanad nie ulega degradacji podczas cykli ładowania (ponieważ wykorzystuje ten sam materiał dla elektrolitów dodatnich i ujemnych), co zapewnia akumulatorom VRFB dłuższą żywotność w porównaniu z innymi rodzajami chemii.
Firma Naturgy zainstalowała ten akumulator przepływowy w Zamorze w Hiszpanii.
- √Bezpieczeństwo
VRFB są stosunkowo bezpieczne, ponieważ elektrolity są niepalne i nietoksyczne. Forma płynna zmniejsza również ryzyko niekontrolowanego wzrostu temperatury, co może być problemem w przypadku niektórych innych typów baterii. - √ Efektywność
Regulatory VRFB mogą charakteryzować się sprawnością obiegu powrotnego (procentem energii odzyskanej podczas rozładowywania) wynoszącą od 65% do 85%, w zależności od konstrukcji i warunków pracy. -
√ Odsprzęganie energii i mocy
Systemy VRFB mogą niezależnie skalować komponenty energetyczne (rozmiar zbiorników elektrolitu) i mocy (rozmiar ogniwa elektrochemicznego), co zapewnia im elastyczność w różnych zastosowaniach.
Zastosowania baterii przepływowych redoks wanadowych
Kontenerowy akumulator przepływowy wanadowy o mocy 1 MW i mocy 4 MWh, będący własnościąAvista Utilities, wyprodukowany przez UniEnergy Technologies.
- ⭐Magazynowanie w siatce:Systemy VRFB są szczególnie przydatne do magazynowania nadmiaru energii ze źródeł odnawialnych, takich jak energia wiatrowa i słoneczna, zapewniając bufor łagodzący niestabilność tych źródeł energii.
- ⭐Integracja energii odnawialnej:Mogą magazynować energię, gdy zapotrzebowanie na nią jest niskie, i uwalniać ją w godzinach szczytu.
- ⭐Zasilanie awaryjne:Systemy VRFB mogą być również stosowane jako systemy zasilania awaryjnego w infrastrukturze krytycznej.
Akumulator przepływowy wanadowo-redoxowy kontra akumulator litowo-jonowy
| Funkcja | Akumulator przepływowy redoks wanadowy (VFB) | |
| Bezpieczeństwo | Z natury bezpieczniejsze dzięki wodnym roztworom elektrolitu, bez niekontrolowanego wzrostu temperatury, pożarów i eksplozji. | Może stwarzać zagrożenie dla bezpieczeństwa, w tym powodować niekontrolowane zmiany temperatury, pożary lub eksplozje w przypadku uszkodzenia lub przegrzania. |
| Skalowalność | Łatwa skalowalność, umożliwiająca modułową rozbudowę odpowiednią dla dużych obiektów magazynowych (setki MWh). | Mniej skalowalny; zwykle stosowany w jednostkach o stałym rozmiarze, chociaż w niektórych zastosowaniach może być skalowany. |
| Koszt początkowy | Większa początkowa inwestycja w porównaniu do akumulatorów litowo-jonowych. | Niższe koszty początkowe w porównaniu do VFB. |
| Gęstość energii | Niższa gęstość energii (12–40 Wh/kg) sprawia, że nie nadają się do zastosowań mobilnych, takich jak pojazdy elektryczne. | Wyższa gęstość energii (80–300 Wh/kg), idealna do zastosowań mobilnych, np. pojazdów elektrycznych (EV). |
| Efektywność konwersji energii | Niższa wydajność (70-75%) w porównaniu do akumulatorów litowo-jonowych. | Wyższa wydajność (90%) dzięki bardziej efektywnym cyklom ładowania/rozładowania. |
| Cykl życia | Bardzo długi cykl życia (>10 000 cykli, a w niektórych przypadkach przekraczający 20 000 cykli). | Krótszy cykl życia (zwykle 1000–3000 cykli, w zależności od rodzaju akumulatora i sposobu użytkowania). |
| Koszty na całe życie | Niższy koszt na watogodzinę (Wh) w całym cyklu życia. Bardziej przyjazny dla środowiska dzięki nadającym się do recyklingu elektrolitom wanadowym. | Wyższy koszt eksploatacji w przeliczeniu na watogodzinę ze względu na krótszy cykl życia i degradację w czasie. |
| Koszt za Wh | Obecnie ceny wahają się w granicach 0,30–0,40 USD za Wh, co jest bardziej opłacalne w przypadku długoterminowego magazynowania energii. | Zwykle 0,50 USD za Wh, wyższy koszt długoterminowego przechowywania ze względu na krótszy cykl życia i szybszą degradację. |
▲Akumulatory przepływowe redoks wanadowe (VFB) są bardziej odpowiednie do dużych, długotrwałych zastosowań magazynowania energii ze względu na ich bezpieczeństwo, skalowalność, długi cykl życia i opłacalność w długim okresie. Jednak ich niska gęstość energii i wysoki koszt początkowy sprawiają, że nie nadają się do zastosowań takich jak pojazdy elektryczne.
▲ Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion)są szerzej wykorzystywane w zastosowaniach przenośnych, takich jak pojazdy elektryczne, ze względu na ich wyższą gęstość energii, ale wiążą się z nimi pewne zagrożenia dla bezpieczeństwa, krótszy cykl życia i wyższe koszty długoterminowe w porównaniu z VFB.
10 najlepszych firm produkujących akumulatory przepływowe wanadowe
Na całym świecie wiele firm i organizacji pracuje nad rozwojem i komercjalizacją akumulatorów przepływowych wanadowo-redoksowych (VRFB), ze szczególnym uwzględnieniemrozwiązania w zakresie magazynowania energii na dużą skalęNiektórzy kluczowi gracze na rynku VRFB to zarówno ugruntowane firmy, jak i startupy specjalizujące się w tej technologii.
1. RedT Energy (obecnie Invinity Energy Systems)
- Lokalizacja: Zjednoczone Królestwo
- Przegląd: RedT Energy połączyło się z HydroStar, tworząc Invinity Energy Systems. Specjalizują się w rozwiązaniach do długotrwałego magazynowania energii opartych na technologii VRFB. Ich produkty są przeznaczone do przemysłowych i sieciowych zastosowań magazynowania energii.
2. Energia VRB
- Lokalizacja: Chiny / Kanada
- Przegląd:VRB Energy jest spółką zależną China's State Grid Corporation i koncentruje się na rozwoju i komercjalizacji VRFB. Oferują rozwiązania do magazynowania energii na dużą skalę i są szczególnie aktywni zarówno na rynkach chińskich, jak i międzynarodowych.
3. SUmitomo Przemysł elektryczny
- Lokalizacja: Japonia
- Przegląd: Sumitomo odegrało znaczącą rolę w rozwoju technologii Vanadium Redox Flow Battery. Firma opracowała własne systemy VRFB i wdrożyła je w różnych projektach magazynowania energii, szczególnie na rynku japońskim.
- Lokalizacja: Stany Zjednoczone
- Przegląd:Imergy Power Systems specjalizuje się w opracowywaniu akumulatorów przepływowych na bazie wanadu do magazynowania energii w skali sieci. Firma koncentruje się na integracji odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna i wiatrowa, z magazynowaniem energii.
5. Siódemka
- Lokalizacja:Francja
- Przegląd: Sivens to francuska firma zajmująca się produkcją systemów VRFB do magazynowania energii. Skupia się na opracowywaniu opłacalnych, trwałych rozwiązań magazynowania energii do zastosowań komercyjnych i przemysłowych.
6. Spółka VanadiumCorp Resource Inc.
- Lokalizacja:Kanada
- Przegląd: VanadiumCorp Resource Inc. to kanadyjska firma górnicza i technologiczna, która koncentruje się na wydobywaniu wanadu i rozwijaniu technologii VRFB. Firma pracuje nad poprawą wydajności wydobywania wanadu i rozwijaniem nowych zastosowań dla VRFB.
7. Systemy magazynowania energii (ESS, Inc.)
- Lokalizacja:Stany Zjednoczone
- Przegląd:ESS Inc. to firma skupiająca się na rozwiązaniach do długotrwałego magazynowania energii przy użyciu technologii akumulatorów przepływowych, która jest podobna do VRFB, ale wykorzystuje żelazo zamiast wanadu. Dostarczają rozwiązania do magazynowania energii na dużą skalę, ale ich praca jest częścią rosnącego rynku akumulatorów przepływowych.
8. Systemy magazynowania energii CellCube
- Lokalizacja:Austria / Kanada
- Przegląd: CellCube, spółka zależna Gildemeister Energy Storage, koncentruje się na produkcji i wdrażaniu akumulatorów przepływowych Vanadium Redox do magazynowania w skali sieciowej. Firma jest szczególnie zaangażowana w projekty magazynowania energii na dużą skalę w Europie i Ameryce Północnej.
9. Rozwiązania w zakresie energii odnawialnej (Grupa RES)
- Lokalizacja: Zjednoczone Królestwo
- Przegląd:RES Group, duży globalny gracz na rynku energii odnawialnej, pracuje nad integracją akumulatorów przepływowych wanadowych z systemami energetycznymi. Jest to część jego działań mających na celu opracowanie zrównoważonych rozwiązań w zakresie magazynowania energii na dużą skalę dla odnawialnych źródeł energii.
- Lokalizacja:Chiny
- Przegląd: Pu Neng (PNT) to chińska firma, która opracowuje i produkuje akumulatory przepływowe Vanadium Redox Flow Batteries zarówno do małych, jak i dużych rozwiązań magazynowania energii. Skupiają się na integracji akumulatorów VRFB z systemami energii odnawialnej.
Wyzwania i perspektywy na przyszłość
Chociaż akumulatory przepływowe wanadowo-redox oferują obiecujące zalety, istnieją pewne wyzwania, które należy rozwiązać:
- ●Cena akumulatora przepływowego wanadowo-redox:Koszt wanadu i infrastruktury wymaganej do systemów VFB na dużą skalę może być stosunkowo wysoki. Jednak w miarę dojrzewania technologii i zwiększania skali produkcji wanadu oczekuje się, że koszty będą spadać.
- ●Gęstość energii:Chociaż VFB mają doskonałe możliwości długotrwałego działania, ich gęstość energii (ilość energii zmagazynowanej na jednostkę objętości lub wagi) jest niższa niż w przypadku baterii litowo-jonowych lub półprzewodnikowych. Może to sprawić, że będą mniej odpowiednie do zastosowań, w których przestrzeń i waga mają kluczowe znaczenie.
- ●Efektywność: Wydajność VFB, choć wysoka, jest nadal nieco niższa niż w przypadku baterii litowo-jonowych. Oczekuje się jednak, że ulepszenia materiałów i konstrukcji zwiększą wydajność z czasem.
Wniosek
Akumulator przepływowy Vanadium Redox to innowacyjne i obiecujące rozwiązanie do magazynowania energii, które ma potencjał zrewolucjonizowania systemów magazynowania energii na dużą skalę. Jego skalowalność, długi cykl życia, bezpieczeństwo i przyjazna dla środowiska konstrukcja sprawiają, że jest to atrakcyjna opcja do magazynowania w sieci, integracji energii odnawialnej i innych zastosowań magazynowania energii na dużą skalę. W miarę dojrzewania technologii i realizacji redukcji kosztów akumulatory VFB mogą odegrać kluczową rolę w przyszłościzrównoważone magazynowanie energii, przyczyniając się do stworzenia bardziej odpornej i niezawodnej sieci energetycznej.
Czas publikacji: 07-01-2025