Baterias de fluxo redox de vanádio (VFBs)são uma tecnologia emergente de armazenamento de energia com potencial significativo, particularmente em aplicações de armazenamento de larga escala e longa duração. Ao contrário dos sistemas convencionaisarmazenamento de bateria recarregávelOs VFBs usam uma solução de eletrólito de vanádio para os eletrodos positivos e negativos, o que os torna únicos em design e operação.
O que é bateria de fluxo redox de vanádio?
Obateria redox de vanádio (VRB), também conhecida como bateria de fluxo de vanádio (VFB) ou bateria de fluxo redox de vanádio (VRFB), é um tipo de bateria de fluxo recarregável.
Ela utiliza íons de vanádio em vários estados de oxidação para armazenar e liberar energia elétrica. Ao contrário das baterias convencionais, as VRFBs armazenam energia em eletrólitos líquidos que circulam pelo sistema, em vez de eletrodos sólidos. Este design permite um dimensionamento escalável e flexível.soluções de armazenamento de energia.
Principais componentes de uma bateria de fluxo redox de vanádio
| Componente chave | Descrição |
| Eletrólitos | - O VRFB usa dois eletrólitos líquidos, normalmente contendo vanádio em diferentes estados de oxidação (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ e V⁵⁺). |
| Eletrodos | - Dois eletrodos (geralmente de carbono ou materiais similares) facilitam as reações redox (redução e oxidação) para liberar ou armazenar energia. |
| Membrana | - Uma membrana condutora de prótons (geralmente feita de Nafion) separa as duas soluções eletrolíticas, permitindo o fluxo de íons entre os dois lados durante o ciclo de carga/descarga. |
| Bombas e Sistema de Fluxo | - Esses componentes fazem circular os eletrólitos pela célula eletroquímica, garantindo o fluxo contínuo de íons de vanádio para o processo de conversão de energia. |
Como funciona uma bateria de fluxo redox de vanádio?
- 1. Ciclo de descarga
- Durante a descarga, os íons de vanádio nas soluções eletrolíticas positivas e negativas sofrem reações de oxidação e redução nos eletrodos, liberando energia elétrica.
- 2. Ciclo de carga
- Durante o carregamento, a energia é armazenada pela reversão das reações de oxidação e redução, levando os íons de vanádio de volta aos seus estados de oxidação originais. Esse processo envolve a aplicação de uma corrente externa ao sistema.
- 3. Eletrólitos Fluindo
- A principal característica das baterias de fluxo é o uso de eletrólitos líquidos que são bombeados através do sistema, o que permite que a capacidade da bateria seja facilmente aumentada simplesmente aumentando o tamanho dos tanques de armazenamento de eletrólitos.
Vantagens das baterias de fluxo redox de vanádio
- √ Escalabilidade
Os VRFBs podem ser facilmente ampliados aumentando o tamanho dos tanques de eletrólitos, tornando-os ideais para aplicações de armazenamento de energia em larga escala, como balanceamento de rede e armazenamento de energia renovável. - √ Vida útil de ciclo longo
O vanádio não se degrada durante o ciclo (porque usa o mesmo material para eletrólitos positivos e negativos), o que dá às VRFBs uma vida útil operacional mais longa em comparação a outras químicas de bateria.
A Naturgy implantou esta bateria de fluxo de vanádio em Zamora, Espanha.
- √Segurança
As VRFBs são relativamente seguras porque os eletrólitos não são inflamáveis nem tóxicos. A forma líquida também reduz o risco de fuga térmica, o que pode ser um problema em alguns outros tipos de baterias. - √ Eficiência
Os VRFBs podem ter eficiências de ida e volta (a porcentagem de energia recuperada durante a descarga) variando de 65% a 85%, dependendo do projeto e das condições operacionais. -
√ Desacoplamento de energia e potência
Os VRFBs podem dimensionar de forma independente os componentes de energia (tamanho dos tanques de eletrólitos) e potência (tamanho da célula eletroquímica), o que lhes dá flexibilidade para diferentes aplicações.
Aplicações de baterias de fluxo redox de vanádio
A bateria de fluxo de vanádio em contêiner de 1 MW 4 MWh de propriedade daAvista Utilities e fabricado pela UniEnergy Technologies.
- ⭐Armazenamento em grade:Os VRFBs são particularmente úteis para armazenar o excesso de energia de fontes renováveis, como eólica e solar, fornecendo uma proteção para suavizar a intermitência dessas fontes de energia.
- ⭐Integração de Energia Renovável:Eles podem armazenar energia quando a demanda é baixa e liberá-la durante os horários de pico.
- ⭐Energia de reserva:VRFBs também podem ser usados para sistemas de energia de reserva em infraestrutura crítica.
Bateria de fluxo redox de vanádio vs. bateria de íons de lítio
| Recurso | Bateria de fluxo redox de vanádio (VFB) | |
| Segurança | Inerentemente mais seguro devido às soluções eletrolíticas aquosas, sem fuga térmica, incêndios ou explosões. | Pode representar riscos à segurança, incluindo fuga térmica, incêndios ou explosões se danificado ou superaquecido. |
| Escalabilidade | Facilmente escalável, permitindo expansão modular adequada para grandes instalações de armazenamento (centenas de MWh). | Menos escalável; normalmente usado em unidades de tamanho fixo, embora possa ser dimensionado para algumas aplicações. |
| Custo inicial | Maior investimento inicial em comparação com baterias de íons de lítio. | Menor custo inicial em comparação aos VFBs. |
| Densidade de energia | Menor densidade energética (12-40 Wh/kg), tornando-os inadequados para aplicações móveis, como veículos elétricos. | Maior densidade de energia (80-300 Wh/kg), ideal para aplicações móveis, como veículos elétricos (VEs). |
| Eficiência de conversão de energia | Menor eficiência (70-75%) em comparação com baterias de íons de lítio. | Maior eficiência (90%) devido a ciclos de carga/descarga mais eficientes. |
| Ciclo de vida | Vida útil extremamente longa (>10.000 ciclos, com alguns excedendo 20.000 ciclos). | Vida útil do ciclo mais curta (geralmente 1.000-3.000 ciclos, dependendo do tipo de bateria e uso). |
| Custos de vida | Menor custo por Watt-Hora (Wh) em todo o ciclo de vida. Mais ecológico com eletrólitos de vanádio recicláveis. | Maior custo de vida útil por watt-hora devido ao menor ciclo de vida e degradação ao longo do tempo. |
| Custo por Wh | Atualmente em torno de US$ 0,30-US$ 0,40 por Wh, mais econômico para armazenamento de energia em longo prazo. | Normalmente US$ 0,50 por Wh, custo mais alto para armazenamento de longo prazo devido ao ciclo de vida mais curto e degradação mais rápida. |
▲Baterias de fluxo redox de vanádio (VFBs) São mais adequados para aplicações de armazenamento de energia em larga escala e de longa duração devido à sua segurança, escalabilidade, longa vida útil e custo-benefício a longo prazo. No entanto, sua baixa densidade energética e alto custo inicial os tornam inadequados para aplicações como veículos elétricos.
▲ Baterias de íons de lítio (Li-ion)são mais amplamente utilizados em aplicações portáteis, como veículos elétricos, devido à sua maior densidade energética, mas apresentam riscos de segurança, vida útil mais curta e custos mais altos a longo prazo, em comparação aos VFBs.
As 10 maiores empresas de baterias de fluxo de vanádio
Existem várias empresas e organizações em todo o mundo trabalhando no desenvolvimento e comercialização de baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs), com foco emsoluções de armazenamento de energia em larga escala. Alguns dos principais participantes do mercado VRFB incluem empresas estabelecidas e startups especializadas nessa tecnologia.
1. RedT Energy (agora Invinity Energy Systems)
- Localização: Reino Unido
- Visão geral: A RedT Energy se fundiu com a HydroStar para formar a Invinity Energy Systems. A empresa é especializada em soluções de armazenamento de energia de longa duração baseadas na tecnologia VRFB. Seus produtos são voltados para aplicações de armazenamento de energia em escala industrial e de rede.
2. Energia VRB
- Localização: China / Canadá
- Visão geral:A VRB Energy é uma subsidiária da State Grid Corporation da China e se concentra no desenvolvimento e comercialização de VRFBs. Ela oferece soluções de armazenamento de energia em larga escala e é particularmente ativa tanto na China quanto no mercado internacional.
3. SIndústrias Elétricas Umitomo
- Localização: Japão
- Visão geral: A Sumitomo tem desempenhado um papel importante no desenvolvimento da tecnologia de baterias de fluxo redox de vanádio. A empresa desenvolveu seus próprios sistemas VRFB e os implementou em diversos projetos de armazenamento de energia, principalmente no mercado japonês.
4. Sistemas de energia Imergence
- Localização: Estados Unidos
- Visão geral:A Imergy Power Systems é especializada no desenvolvimento de baterias de fluxo à base de vanádio para armazenamento de energia em escala de rede. A empresa se concentra na integração de fontes de energia renováveis, como solar e eólica, com o armazenamento de energia.
5. Sivens
- Localização:França
- Visão geral: A Sivens é uma empresa francesa dedicada à produção de sistemas VRFB para armazenamento de energia. Seu foco é desenvolver soluções de armazenamento de energia econômicas e duradouras para aplicações comerciais e industriais.
- Localização:Canadá
- Visão geral: A VanadiumCorp Resource Inc. é uma empresa canadense de mineração e tecnologia focada na extração de vanádio e no desenvolvimento da tecnologia VRFB. A empresa está trabalhando para melhorar a eficiência da extração de vanádio e desenvolver novas aplicações para VRFBs.
7. Sistemas de armazenamento de energia (ESS, Inc.)
- Localização:Estados Unidos
- Visão geral:A ESS Inc. é uma empresa focada em soluções de armazenamento de energia de longa duração, utilizando tecnologia de baterias de fluxo de ferro, semelhante à VRFB, mas que utiliza ferro em vez de vanádio. A empresa fornece soluções de armazenamento de energia em larga escala, mas seu trabalho faz parte do crescente mercado de baterias de fluxo.
8. Sistemas de armazenamento de energia CellCube
- Localização:Áustria / Canadá
- Visão geral: A CellCube, subsidiária da Gildemeister Energy Storage, concentra-se na fabricação e implantação de baterias de fluxo redox de vanádio para armazenamento em escala de rede. A empresa está particularmente envolvida em projetos de armazenamento de energia em larga escala na Europa e na América do Norte.
9. Soluções de Energia Renovável (RES Group)
- Localização: Reino Unido
- Visão geral:O RES Group, um grande player global em energia renovável, está trabalhando na integração de baterias de fluxo de vanádio em sistemas de energia como parte de seu objetivo de desenvolver soluções sustentáveis e de armazenamento de energia em larga escala para energias renováveis.
- Localização:China
- Visão geral: A Pu Neng (PNT) é uma empresa chinesa que desenvolve e fabrica baterias de fluxo redox de vanádio para soluções de armazenamento de energia em pequena e grande escala. Seu foco é integrar VRFBs em sistemas de energia renovável.
Desafios e Perspectivas Futuras
Embora as baterias de fluxo redox de vanádio ofereçam vantagens promissoras, há alguns desafios que precisam ser enfrentados:
- ●Preço da bateria de fluxo redox de vanádio:O custo do vanádio e da infraestrutura necessária para sistemas VFB em larga escala pode ser relativamente alto. No entanto, à medida que a tecnologia amadurece e a produção de vanádio aumenta em escala, espera-se que os custos diminuam.
- ●Densidade de energia:Embora as baterias de íons de lítio (VFBs) tenham excelentes capacidades de longa duração, sua densidade energética (a quantidade de energia armazenada por unidade de volume ou peso) é menor do que a das baterias de íons de lítio ou de estado sólido. Isso pode torná-las menos adequadas para aplicações onde espaço e peso são críticos.
- ●Eficiência: A eficiência das baterias de íons de lítio VFB, embora alta, ainda é ligeiramente inferior à das baterias de íons de lítio. No entanto, espera-se que melhorias nos materiais e no design aumentem a eficiência ao longo do tempo.
Conclusão
A Bateria de Fluxo Redox de Vanádio é uma solução inovadora e promissora para armazenamento de energia, com potencial para revolucionar sistemas de armazenamento de energia em larga escala. Sua escalabilidade, longa vida útil, segurança e design ecologicamente correto a tornam uma opção atraente para armazenamento em rede, integração de energia renovável e outras aplicações de armazenamento de energia em larga escala. À medida que a tecnologia amadurece e as reduções de custos são alcançadas, as Baterias de Fluxo Redox de Vanádio podem desempenhar um papel fundamental no futuro daarmazenamento de energia sustentável, ajudando a criar uma rede energética mais resiliente e confiável.
Horário da publicação: 07/01/2025