Baterii cu flux redox de vanadiu (VFB)sunt o tehnologie emergentă de stocare a energiei cu un potențial semnificativ, în special în aplicații de stocare la scară largă și pe durată lungă. Spre deosebire de tehnologiile convenționaledepozitarea bateriilor reîncărcabileVFB-urile utilizează o soluție de electrolit de vanadiu atât pentru electrodul pozitiv, cât și pentru cel negativ, ceea ce le face unice prin design și funcționare.
Ce este bateria cu flux redox de vanadiu?
Cel/Cea/Cei/Celebaterie redox cu vanadiu (VRB), cunoscută și sub denumirea de baterie cu flux de vanadiu (VFB) sau baterie cu flux redox de vanadiu (VRFB), este un tip de baterie reîncărcabilă cu flux.
Utilizează ioni de vanadiu în diferite stări de oxidare pentru a stoca și elibera energie electrică. Spre deosebire de bateriile convenționale, VRFB-urile stochează energia în electroliți lichizi care circulă prin sistem, mai degrabă decât în electrozi solizi. Acest design permite scalabilitate și flexibilitate.soluții de stocare a energiei.
Componentele cheie ale unei baterii cu flux redox de vanadiu
| Componentă cheie | Descriere |
| Electroliți | VRFB utilizează doi electroliți lichizi, care conțin de obicei vanadiu în stări de oxidare diferite (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ și V⁵⁺). |
| Electrozi | Doi electrozi (de obicei carbon sau materiale similare) facilitează reacțiile redox (reducere și oxidare) pentru a elibera sau stoca energie. |
| Membrană | O membrană conductoare de protoni (adesea realizată din Nafion) separă cele două soluții de electroliți, permițând curgerea ionilor între cele două părți în timpul ciclului de încărcare/descărcare. |
| Pompe și sistem de curgere | Aceste componente circulă electroliții prin celula electrochimică, asigurând un flux continuu de ioni de vanadiu pentru procesul de conversie a energiei. |
Cum funcționează o baterie cu flux redox de vanadiu?
- 1. Ciclul de descărcare
- În timpul descărcării, ionii de vanadiu din soluțiile electrolitice pozitive și negative suferă reacții de oxidare și reducere la electrozi, eliberând energie electrică.
- 2. Ciclul de încărcare
- În timpul încărcării, energia este stocată prin inversarea reacțiilor de oxidare și reducere, readucând ionii de vanadiu la stările lor de oxidare inițiale. Acest proces implică aplicarea unui curent extern sistemului.
- 3. Electroliți curgători
- Caracteristica cheie a bateriilor cu flux este utilizarea electroliților lichizi pompați prin sistem, ceea ce permite creșterea ușoară a capacității bateriei prin simpla mărire a dimensiunii rezervoarelor de stocare a electroliților.
Avantajele bateriilor cu flux redox de vanadiu
- √ Scalabilitate
VRFB-urile pot fi ușor scalabile prin creșterea dimensiunii rezervoarelor de electroliți, ceea ce le face ideale pentru aplicații de stocare a energiei la scară largă, cum ar fi echilibrarea rețelei și stocarea energiei regenerabile. - √ Durată lungă de viață a ciclului
Vanadiul nu se degradează în timpul ciclării (deoarece folosește același material atât pentru electroliții pozitivi, cât și pentru cei negativi), ceea ce conferă bateriilor VRFB o durată de viață mai lungă în comparație cu alte substanțe chimice pentru baterii.
Naturgy a implementat această baterie cu flux de vanadiu în Zamora, Spania.
- √Siguranţă
Bateriile VRFB sunt relativ sigure deoarece electroliții sunt neinflamabili și netoxici. Forma lichidă reduce, de asemenea, riscul de fluctuație termică, care poate fi o problemă în cazul altor tipuri de baterii. - √ Eficienţă
VRFB-urile pot avea eficiențe dus-întors (procentul de energie recuperată în timpul descărcării) cuprinse între 65% și 85%, în funcție de proiectare și de condițiile de funcționare. -
√ Decuplarea energiei și a puterii
VRFB-urile pot scala independent componentele de energie (dimensiunea rezervoarelor de electrolit) și putere (dimensiunea celulei electrochimice), ceea ce le oferă flexibilitate pentru diferite aplicații.
Aplicații ale bateriilor cu flux redox de vanadiu
Bateria cu flux de vanadiu containerizată de 1 MW și 4 MWh, deținută deAvista Utilities și fabricat de UniEnergy Technologies.
- ⭐Stocare în rețea:VRFB-urile sunt deosebit de utile pentru stocarea excesului de energie din surse regenerabile, cum ar fi eoliană și solară, oferind un tampon pentru a atenua intermitența acestor surse de energie.
- ⭐Integrarea energiei regenerabile:Acestea pot stoca energie atunci când cererea este scăzută și o pot elibera în orele de vârf.
- ⭐Alimentare de rezervă:VRFB-urile pot fi utilizate și pentru sisteme de alimentare de rezervă în infrastructura critică.
Baterie cu flux redox de vanadiu VS baterie litiu-ion
| Caracteristică | Baterie cu flux redox de vanadiu (VFB) | |
| Siguranţă | Inerent mai sigur datorită soluțiilor apoase de electroliți, fără pierderi de energie termică, incendii sau explozii. | Poate prezenta riscuri de siguranță, inclusiv fluctuații termice, incendii sau explozii dacă este deteriorat sau supraîncălzit. |
| Scalabilitate | Ușor scalabil, permițând extinderea modulară potrivită pentru instalații mari de stocare (sute de MWh). | Mai puțin scalabil; de obicei utilizat în unități de dimensiune fixă, deși poate fi scalabil pentru anumite aplicații. |
| Cost inițial | Investiție inițială mai mare în comparație cu bateriile Li-ion. | Cost inițial mai mic în comparație cu VFB-urile. |
| Densitatea energiei | Densitate energetică mai mică (12-40 Wh/kg), ceea ce le face nepotrivite pentru aplicații mobile, cum ar fi vehiculele electrice. | Densitate energetică mai mare (80-300 Wh/kg), ideală pentru aplicații mobile, cum ar fi vehiculele electrice (EV). |
| Eficiența conversiei energetice | Eficiență mai mică (70-75%) în comparație cu bateriile Li-ion. | Eficiență mai mare (90%) datorită ciclurilor de încărcare/descărcare mai eficiente. |
| Ciclul de viață | Durată de viață extrem de lungă (>10.000 de cicluri, unele depășind 20.000 de cicluri). | Durată de viață mai scurtă (de obicei 1.000-3.000 de cicluri, în funcție de tipul bateriei și de utilizare). |
| Costuri pe durata de viață | Cost mai mic per watt-oră (Wh) pe întregul ciclu de viață. Mai ecologic cu electroliți de vanadiu reciclabili. | Cost mai mare pe durata de viață per watt-oră din cauza duratei de viață mai scurte și a degradării în timp. |
| Cost pe wh | În prezent, costă în jur de 0,30-0,40 USD pe Wh, ceea ce este mai rentabil pentru stocarea energiei pe termen lung. | De obicei, 0,50 USD pe Wh, cost mai mare pentru depozitarea pe termen lung din cauza duratei de viață mai scurte și a degradării mai rapide. |
▲Baterii cu flux redox de vanadiu (VFB) sunt mai potrivite pentru aplicații de stocare a energiei la scară largă și de lungă durată, datorită siguranței, scalabilității, duratei lungi de viață și eficienței costurilor pe termen lung. Cu toate acestea, densitatea lor energetică scăzută și costul inițial ridicat le fac nepotrivite pentru aplicații precum vehiculele electrice.
▲ Baterii litiu-ion (Li-ion)sunt utilizate mai pe scară largă pentru aplicații portabile, cum ar fi vehiculele electrice, datorită densității lor energetice mai mari, dar vin cu riscuri de siguranță, o durată de viață mai scurtă și costuri pe termen lung mai mari în comparație cu VFB-urile.
Top 10 companii de baterii cu flux de vanadiu
Există mai multe companii și organizații la nivel mondial care lucrează la dezvoltarea și comercializarea bateriilor cu flux redox de vanadiu (VRFB), concentrându-se pesoluții de stocare a energiei la scară largăPrintre jucătorii cheie de pe piața VRFB se numără atât companii consacrate, cât și startup-uri specializate în această tehnologie.
1. RedT Energy (acum Invinity Energy Systems)
- Locaţie: Regatul Unit
- Prezentare generală: RedT Energy a fuzionat cu HydroStar pentru a forma Invinity Energy Systems. Aceștia sunt specializați în soluții de stocare a energiei pe termen lung bazate pe tehnologia VRFB. Produsele lor sunt destinate aplicațiilor industriale și de stocare a energiei la scară de rețea.
2. VRB Energy
- Locaţie: China / Canada
- Prezentare generală:VRB Energy este o filială a State Grid Corporation din China și se concentrează pe dezvoltarea și comercializarea VRFB-urilor. Aceștia oferă soluții de stocare a energiei la scară largă și sunt deosebit de activi atât în China, cât și pe piețele internaționale.
3. SIndustrii electrice umitomo
- Locaţie: Japonia
- Prezentare generală: Sumitomo a jucat un rol important în dezvoltarea tehnologiei bateriilor cu flux redox pe bază de vanadiu. Compania și-a dezvoltat propriile sisteme VRFB și le-a implementat în diverse proiecte de stocare a energiei, în special pe piața japoneză.
4. Sisteme de alimentare Imergy
- Locaţie: Statele Unite
- Prezentare generală:Imergy Power Systems este specializată în dezvoltarea de baterii cu flux pe bază de vanadiu pentru stocarea energiei la scară de rețea. Compania se concentrează pe integrarea surselor de energie regenerabilă, precum cea solară și eoliană, cu stocarea energiei.
5. Sivens
- Locaţie:Franţa
- Prezentare generală: Sivens este o companie franceză implicată în producția de sisteme VRFB pentru stocarea energiei. Aceștia se concentrează pe dezvoltarea de soluții de stocare a energiei rentabile și de lungă durată, atât pentru aplicații comerciale, cât și industriale.
- Locaţie:Canada
- Prezentare generală: VanadiumCorp Resource Inc. este o companie canadiană de minerit și tehnologie care se concentrează pe extracția vanadiului și dezvoltarea tehnologiei VRFB. Compania lucrează la îmbunătățirea eficienței extracției vanadiului și la dezvoltarea de noi aplicații pentru VRFB.
7. Sisteme de stocare a energiei (ESS, Inc.)
- Locaţie:Statele Unite
- Prezentare generală:ESS Inc. este o companie axată pe soluții de stocare a energiei de lungă durată folosind tehnologia bateriilor cu flux de fier, similară cu VRFB, dar care utilizează fier în loc de vanadiu. Aceștia oferă soluții de stocare a energiei la scară largă, dar activitatea lor face parte din piața în creștere a bateriilor cu flux.
8. Sisteme de stocare a energiei CellCube
- Locaţie:Austria / Canada
- Prezentare generală: CellCube, o filială a Gildemeister Energy Storage, se concentrează pe fabricarea și implementarea bateriilor cu flux redox de vanadiu pentru stocarea la scară de rețea. Compania este implicată în special în proiecte de stocare a energiei la scară largă în Europa și America de Nord.
9. Soluții de Energie Regenerabilă (RES Group)
- Locaţie: Regatul Unit
- Prezentare generală:RES Group, un important jucător global în domeniul energiei regenerabile, lucrează la integrarea bateriilor cu flux de vanadiu în sistemele energetice, ca parte a obiectivului său de a dezvolta soluții sustenabile, la scară largă, de stocare a energiei pentru sursele regenerabile.
- Locaţie:China
- Prezentare generală: Pu Neng (PNT) este o companie chineză care dezvoltă și produce baterii cu flux redox de vanadiu pentru soluții de stocare a energiei la scară mică și mare. Aceștia se concentrează pe integrarea VRFB-urilor în sistemele de energie regenerabilă.
Provocări și perspective de viitor
Deși bateriile cu flux redox de vanadiu oferă avantaje promițătoare, există unele provocări care trebuie abordate:
- ●Preț baterie cu flux redox de vanadiu:Costul vanadiului și infrastructura necesară pentru sistemele VFB la scară largă pot fi relativ ridicate. Cu toate acestea, pe măsură ce tehnologia se maturizează și producția de vanadiu crește, se așteaptă ca costurile să scadă.
- ●Densitatea energiei:Deși VFB-urile au capacități excelente de durată lungă de viață, densitatea lor energetică (cantitatea de energie stocată pe unitatea de volum sau greutate) este mai mică decât cea a bateriilor litiu-ion sau a bateriilor în stare solidă. Acest lucru le poate face mai puțin potrivite pentru aplicații în care spațiul și greutatea sunt critice.
- ●Eficienţă: Eficiența VFB-urilor, deși ridicată, este încă puțin mai mică decât cea a bateriilor litiu-ion. Cu toate acestea, se așteaptă ca îmbunătățirile materialelor și designului să sporească eficiența în timp.
Concluzie
Bateria cu flux redox de vanadiu este o soluție inovatoare și promițătoare de stocare a energiei, cu potențialul de a revoluționa sistemele de stocare a energiei la scară largă. Scalabilitatea, durata lungă de viață, siguranța și designul ecologic o fac o opțiune atractivă pentru stocarea în rețea, integrarea energiei regenerabile și alte aplicații de stocare a energiei la scară largă. Pe măsură ce tehnologia se maturizează și se realizează reduceri de costuri, VFB-urile ar putea juca un rol cheie în viitorul...stocarea durabilă a energiei, contribuind la crearea unei rețele energetice mai rezistente și mai fiabile.
Data publicării: 07 ian. 2025