Baterias de fluxo redox de vanádio (VFBs)são uma tecnologia emergente de armazenamento de energia com potencial significativo, particularmente em aplicações de armazenamento em larga escala e de longa duração. Ao contrário dos sistemas convencionais, eles são diferentes.armazenamento de bateria recarregávelAs baterias de fluxo de vanádio (VFBs) utilizam uma solução eletrolítica de vanádio tanto para os eletrodos positivos quanto para os negativos, o que as torna únicas em design e operação.
O que é uma bateria de fluxo redox de vanádio?
Obateria redox de vanádio (VRB)A bateria de fluxo de vanádio (VFB, do inglês Vanadium Flow Battery) 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 em eletrodos sólidos. Esse design permite escalabilidade e flexibilidade.soluções de armazenamento de energia.
Componentes principais de uma bateria de fluxo redox de vanádio
| Componente chave | Descrição |
| Eletrólitos | - A bateria de fluxo redox de vanádio (VRFB) utiliza dois eletrólitos líquidos, que normalmente contêm 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 um 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 positiva e negativa sofrem reações de oxidação e redução nos eletrodos, liberando energia elétrica.
- 2. Ciclo de Carga
- Durante o carregamento, a energia é armazenada revertendo as reações de oxidação e redução, movendo 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 em fluxo
- A principal característica das baterias de fluxo é a utilização de eletrólitos líquidos que são bombeados através do sistema, o que permite que a capacidade da bateria seja facilmente aumentada simplesmente ampliando o tamanho dos tanques de armazenamento de eletrólito.
Vantagens das baterias de fluxo redox de vanádio
- √ Escalabilidade
As baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs) podem ser facilmente ampliadas aumentando-se o tamanho dos tanques de eletrólito, tornando-as ideais para aplicações de armazenamento de energia em larga escala, como balanceamento de redes e armazenamento de energia renovável. - √ Longo ciclo de vida
O vanádio não se degrada durante os ciclos de carga e descarga (pois utiliza o mesmo material tanto para o eletrólito positivo quanto para o negativo), o que confere às baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs) uma vida útil mais longa em comparação com outras composições químicas de baterias.
A Naturgy instalou esta bateria de fluxo de vanádio em Zamora, Espanha.
- √Segurança
As baterias VRFB são relativamente seguras porque os eletrólitos não são inflamáveis nem tóxicos. A forma líquida também reduz o risco de fuga térmica, que pode ser uma preocupação em alguns outros tipos de baterias. - √ Eficiência
As baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs) podem ter eficiências de ciclo completo (a porcentagem de energia recuperada durante a descarga) que variam de 65% a 85%, dependendo do projeto e das condições de operação. -
√ Desacoplamento de energia e potência
As baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs) podem dimensionar independentemente os componentes de energia (tamanho dos tanques de eletrólito) e potência (tamanho da célula eletroquímica), o que lhes confere flexibilidade para diferentes aplicações.
Aplicações das baterias de fluxo redox de vanádio
A bateria de fluxo de vanádio conteinerizada de 1 MW e 4 MWh pertence aAvista Utilities e fabricado pela UniEnergy Technologies.
- ⭐Armazenamento em grade:As baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs) são particularmente úteis para armazenar o excesso de energia proveniente de fontes renováveis, como a eólica e a solar, fornecendo uma reserva para atenuar a intermitência dessas fontes de energia.
- ⭐Integração de energias renováveis:Eles podem armazenar energia quando a demanda é baixa e liberá-la durante os horários de pico de demanda.
- ⭐Energia de reserva:As baterias VRFB também podem ser usadas como sistemas de energia de reserva em infraestruturas críticas.
Bateria de fluxo redox de vanádio versus bateria de íon de lítio
| Recurso | Bateria de fluxo redox de vanádio (VFB) | |
| Segurança | Intrinsecamente mais seguro devido às soluções eletrolíticas aquosas, sem risco de fuga térmica, incêndios ou explosões. | Pode representar riscos à segurança, incluindo fuga térmica, incêndios ou explosões se danificado ou sobreaquecido. |
| 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 | Investimento inicial mais elevado em comparação com as baterias de íon-lítio. | Custo inicial mais baixo em comparação com os VFBs. |
| Densidade de energia | Densidade energética mais baixa (12-40 Wh/kg), o que as torna inadequadas para aplicações móveis como veículos elétricos. | Maior densidade energética (80-300 Wh/kg), ideal para aplicações móveis como veículos elétricos (VEs). |
| Eficiência de conversão de energia | Eficiência inferior (70-75%) em comparação com as baterias de íon-lítio. | Maior eficiência (90%) devido a ciclos de carga/descarga mais eficientes. |
| Ciclo de vida | Vida útil extremamente longa (mais de 10.000 ciclos, com alguns modelos ultrapassando 20.000 ciclos). | Vida útil mais curta (normalmente de 1.000 a 3.000 ciclos, dependendo do tipo de bateria e do uso). |
| Custos ao longo da vida útil | Menor custo por Watt-hora (Wh) ao longo de todo o ciclo de vida. Mais ecológico, com eletrólitos de vanádio recicláveis. | Custo total por watt-hora mais elevado ao longo da vida útil devido à menor vida útil e à degradação progressiva. |
| Custo por Wh | Atualmente, o custo gira em torno de US$ 0,30 a US$ 0,40 por Wh, sendo mais econômico para armazenamento de energia a longo prazo. | Normalmente, o custo é de US$ 0,50 por Wh, sendo mais elevado para armazenamento a longo prazo devido à menor vida útil e à degradação mais rápida. |
▲Baterias de fluxo redox de vanádio (VFBs) São mais adequadas para aplicações de armazenamento de energia em larga escala e 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 as tornam inadequadas para aplicações como veículos elétricos.
▲ Baterias de íon-lítio (Li-ion)São mais utilizadas em aplicações portáteis, como veículos elétricos, devido à sua maior densidade de energia, mas apresentam riscos de segurança, menor vida útil e custos mais elevados a longo prazo em comparação com as baterias de fluxo de vanádio (VFB).
As 10 principais empresas de baterias de fluxo de vanádio
Existem diversas 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 escalaAlguns dos principais intervenientes no mercado de VRFB incluem tanto empresas consolidadas como startups especializadas nesta tecnologia.
1. RedT Energy (agora Invinity Energy Systems)
- Localização: Reino Unido
- Visão geral: A RedT Energy fundiu-se 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 (bateria de fluxo redox de vanádio). Seus produtos são voltados para aplicações de armazenamento de energia em escala industrial e de rede.
2. VRB Energy
- Localização: China / Canadá
- Visão geral:A VRB Energy é uma subsidiária da State Grid Corporation da China e concentra-se no desenvolvimento e comercialização de baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs). Ela oferece soluções de armazenamento de energia em larga escala e atua principalmente nos mercados chinês e internacional.
3. SIndústrias Elétricas Umitomo
- Localização: Japão
- Visão geral: A Sumitomo tem sido um ator importante no desenvolvimento da tecnologia de baterias de fluxo redox de vanádio (VRFB). A empresa desenvolveu seus próprios sistemas VRFB e os implementou em diversos projetos de armazenamento de energia, principalmente no mercado japonês.
- 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 larga escala. A empresa concentra-se na integração de fontes de energia renováveis, como solar e eólica, com sistemas de armazenamento de energia.
5. Sivens
- Localização:França
- Visão geral: A Sivens é uma empresa francesa que atua na produção de sistemas VRFB para armazenamento de energia. Seu foco é desenvolver soluções de armazenamento de energia econômicas e de longa duração para aplicações comerciais e industriais.
- Localização:Canadá
- Visão geral: A VanadiumCorp Resource Inc. é uma empresa canadense de mineração e tecnologia que se concentra na extração de vanádio e no desenvolvimento da tecnologia VRFB (baterias de fluxo redox de vanádio). A empresa trabalha para melhorar a eficiência da extração de vanádio e desenvolver novas aplicações para as 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 a tecnologia de baterias de fluxo de ferro, similar à VRFB (bateria de fluxo redox de vanádio), mas que usa ferro em vez de vanádio. Eles fornecem 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 larga escala na rede elétrica. A empresa está particularmente envolvida em projetos de armazenamento de energia em grande escala na Europa e na América do Norte.
9. Soluções em Energias Renováveis (Grupo RES)
- Localização: Reino Unido
- Visão geral:A RES Group, uma grande empresa global de energias renováveis, está trabalhando na integração de baterias de fluxo de vanádio em sistemas de energia como parte de seu objetivo de desenvolver soluções sustentáveis 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 a integração de baterias de fluxo redox de vanádio em sistemas de energia renovável.
Desafios e Perspectivas Futuras
Embora as baterias de fluxo redox de vanádio ofereçam vantagens promissoras, existem 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 de grande escala pode ser relativamente alto. No entanto, à medida que a tecnologia amadurece e a produção de vanádio aumenta, espera-se que os custos diminuam.
- ●Densidade de energia:Embora as baterias de fluxo de vanádio (VFBs) apresentem excelente capacidade de longa duração, sua densidade de energia (a quantidade de energia armazenada por unidade de volume ou peso) é menor do que a das baterias de íon-lítio ou de estado sólido. Isso pode torná-las menos adequadas para aplicações em que espaço e peso são fatores críticos.
- ●Eficiência: A eficiência das baterias de fluxo de vanádio (VFBs), embora alta, ainda é ligeiramente inferior à das baterias de íon-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 os 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 redes elétricas, integração de energias renováveis e outras aplicações de armazenamento de energia em larga escala. À medida que a tecnologia amadurece e os custos diminuem, as baterias de fluxo redox de vanádio podem desempenhar um papel fundamental no futuro da energia.armazenamento de energia sustentável, contribuindo para a criação de uma rede elétrica mais resiliente e confiável.
Data da publicação: 07/01/2025