Ванадиевые проточные редокс-аккумуляторы (VFB)Это перспективная технология хранения энергии со значительным потенциалом, особенно в крупномасштабных и долговременных системах хранения. В отличие от традиционных технологий.перезаряжаемый аккумуляторный накопительВ ванадиевых проточных батареях в качестве положительного и отрицательного электродов используется ванадиевый электролит, что делает их уникальными по конструкции и принципу работы.
Что такое ванадиевая проточная редокс-батарея?
Онванадиевая редокс-батарея (VRB)Ванадиевая проточная батарея (VFB), также известная как ванадиевая редокс-проточная батарея (VRFB), представляет собой тип перезаряжаемой проточной батареи.
В ней используются ионы ванадия в различных степенях окисления для хранения и высвобождения электрической энергии. В отличие от обычных батарей, ванадиевые проточные батареи (VRFB) накапливают энергию в жидких электролитах, циркулирующих по системе, а не в твердых электродах. Такая конструкция обеспечивает масштабируемость и гибкость.решения для хранения энергии.
Основные компоненты ванадиевой проточной редокс-батареи
| Ключевой компонент | Описание |
| Электролиты | - В ванадиевых проточных батареях используются два жидких электролита, обычно содержащие ванадий в разных степенях окисления (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ и V⁵⁺). |
| Электроды | - Два электрода (обычно из углерода или аналогичных материалов) способствуют протеканию окислительно-восстановительных реакций (восстановления и окисления) для высвобождения или накопления энергии. |
| Мембрана | - Протонпроводящая мембрана (часто изготовленная из Nafion) разделяет два электролитных раствора, обеспечивая поток ионов между ними во время цикла заряда/разряда. |
| Насосы и система подачи | — Эти компоненты обеспечивают циркуляцию электролита через электрохимическую ячейку, гарантируя непрерывный поток ионов ванадия для процесса преобразования энергии. |
Как работает ванадиевая проточная редокс-батарея?
- 1. Цикл разряда
- В процессе разряда ионы ванадия в положительном и отрицательном электролитах подвергаются окислительно-восстановительным реакциям на электродах, высвобождая электрическую энергию.
- 2. Цикл зарядки
- В процессе зарядки энергия накапливается за счет обращения реакций окисления и восстановления, возвращая ионы ванадия в их исходные степени окисления. Этот процесс включает в себя подачу внешнего тока к системе.
- 3. Текучие электролиты
- Ключевой особенностью проточных батарей является использование жидких электролитов, которые прокачиваются через систему, что позволяет легко увеличить емкость батареи за счет простого увеличения объема резервуаров для хранения электролита.
Преимущества ванадиевых проточных аккумуляторов
- √ Масштабируемость
Ванадиевые проточные аккумуляторы легко масштабируются за счет увеличения объема электролитных баков, что делает их идеальными для крупномасштабных систем хранения энергии, таких как балансировка энергосети и хранение возобновляемой энергии. - √ Длительный срок службы
Ванадий не деградирует в процессе циклической работы (поскольку в положительном и отрицательном электролитах используется один и тот же материал), что обеспечивает ванадиево-редоксным проточным батареям более длительный срок службы по сравнению с батареями других химических составов.
Компания Naturgy установила эту ванадиевую проточную батарею в Саморе, Испания.
- √Безопасность
Ванадиевые редокс-аккумуляторы относительно безопасны, поскольку их электролиты негорючи и нетоксичны. Жидкая форма также снижает риск теплового разгона, который может быть проблемой для некоторых других типов батарей. - √ Эффективность
В зависимости от конструкции и условий эксплуатации, КПД (процент энергии, рекуперируемой при разряде) в ванадиево-редоксных проточных аккумуляторах может составлять от 65% до 85%. -
√ Разделение энергии и мощности
Ванадиевые проточные аккумуляторы позволяют независимо масштабировать энергетические (размер резервуаров с электролитом) и силовые (размер электрохимической ячейки) компоненты, что обеспечивает им гибкость для различных применений.
Применение ванадиевых проточных редокс-аккумуляторов
Контейнерная ванадиевая проточная батарея мощностью 1 МВт и емкостью 4 МВт·ч принадлежит компании...Произведено компанией Avista Utilities и компанией UniEnergy Technologies.
- ⭐Сетевое хранилище:Ванадиевые проточные аккумуляторы особенно полезны для хранения избыточной энергии из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, обеспечивая буфер для сглаживания нестабильности этих источников энергии.
- ⭐Интеграция возобновляемых источников энергии:Они могут накапливать энергию, когда спрос низок, и высвобождать её в часы пикового спроса.
- ⭐Резервное питание:Ванадиевые редокс-проточные аккумуляторы также могут использоваться в качестве резервных систем электропитания в объектах критической инфраструктуры.
Ванадиевая проточная редокс-батарея против литий-ионной батареи
| Особенность | Ванадиевая проточная редокс-батарея (VFB) | |
| Безопасность | По своей природе более безопасен благодаря использованию водных электролитных растворов, отсутствию теплового разгона, пожаров и взрывов. | Может представлять опасность для безопасности, включая тепловой разгон, пожары или взрывы в случае повреждения или перегрева. |
| Масштабируемость | Легко масштабируется, обеспечивая модульное расширение, подходящее для крупных хранилищ (сотни МВт·ч). | Менее масштабируемый; обычно используется в блоках фиксированного размера, хотя для некоторых приложений его можно масштабировать. |
| Первоначальные затраты | Более высокие первоначальные инвестиции по сравнению с литий-ионными батареями. | Более низкая первоначальная стоимость по сравнению с VFB. |
| Плотность энергии | Низкая плотность энергии (12-40 Вт·ч/кг) делает их непригодными для мобильных устройств, таких как электромобили. | Повышенная плотность энергии (80-300 Вт·ч/кг), идеально подходит для мобильных устройств, таких как электромобили. |
| Эффективность преобразования энергии | Более низкая эффективность (70-75%) по сравнению с литий-ионными батареями. | Повышенная эффективность (90%) благодаря более эффективным циклам зарядки/разрядки. |
| Срок службы цикла | Чрезвычайно длительный срок службы (>10 000 циклов, а у некоторых моделей — более 20 000 циклов). | Более короткий срок службы (обычно 1000-3000 циклов, в зависимости от типа батареи и режима использования). |
| Затраты за весь срок службы | Более низкая стоимость ватт-часа (Вт·ч) на протяжении всего срока службы. Более экологично благодаря возможности вторичной переработки ванадиевых электролитов. | Более высокая стоимость одного ватт-часа за весь срок службы из-за меньшего количества циклов зарядки/разрядки и деградации со временем. |
| Стоимость за Вт·ч | В настоящее время стоимость составляет около 0,30–0,40 долларов за Вт·ч, что делает его более экономически выгодным для долгосрочного хранения энергии. | Как правило, стоимость составляет 0,50 доллара за Вт·ч, однако для долговременного хранения она выше из-за более короткого срока службы и более быстрой деградации. |
▲Ванадиевые проточные редокс-аккумуляторы (VFB) Благодаря своей безопасности, масштабируемости, длительному сроку службы и экономической эффективности в долгосрочной перспективе, они больше подходят для крупномасштабных и долгосрочных систем хранения энергии. Однако их низкая плотность энергии и высокая начальная стоимость делают их непригодными для таких применений, как электромобили.
▲ Литий-ионные батареи (Li-ion)Благодаря более высокой плотности энергии, они более широко используются в портативных устройствах, таких как электромобили, но сопряжены с рисками для безопасности, меньшим сроком службы и более высокими долгосрочными затратами по сравнению с вибропортовыми батареями.
Топ-10 компаний, производящих ванадиевые проточные батареи
В мире существует множество компаний и организаций, работающих над разработкой и коммерциализацией ванадиевых проточных аккумуляторов (VRFB), уделяя особое внимание следующим направлениям:крупномасштабные решения для хранения энергииВ число ключевых игроков на рынке VRFB входят как устоявшиеся компании, так и стартапы, специализирующиеся на этой технологии.
1. RedT Energy (ныне Invinity Energy Systems)
- Расположение: Великобритания
- Обзор: Компания RedT Energy объединилась с HydroStar, образовав Invinity Energy Systems. Она специализируется на решениях для долговременного хранения энергии на основе технологии VRFB. Продукция компании предназначена для промышленного и сетевого хранения энергии.
2. VRB Energy
- Расположение: Китай / Канада
- Обзор:Компания VRB Energy является дочерним предприятием Китайской государственной электросетевой корпорации и специализируется на разработке и коммерциализации ванадиевых проточных аккумуляторов (VRFB). Она предлагает решения для крупномасштабного хранения энергии и активно работает как на китайском, так и на международном рынках.
3. SUmitomo Electric Industries
- Расположение: Япония
- Обзор: Компания Sumitomo сыграла значительную роль в развитии технологии ванадиевых проточных аккумуляторов (VRFB). Компания разработала собственные системы VRFB и внедрила их в различных проектах по хранению энергии, особенно на японском рынке.
4. Энергетические системы Имерги
- Расположение: Соединенные Штаты
- Обзор:Компания Imergy Power Systems специализируется на разработке ванадиевых проточных батарей для крупномасштабного хранения энергии в энергосистемах. Компания сосредоточена на интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, с системами хранения энергии.
5. Сивенс
- Расположение:Франция
- Обзор: Sivens — французская компания, занимающаяся производством систем VRFB для хранения энергии. Они специализируются на разработке экономически эффективных и долговечных решений для хранения энергии как для коммерческого, так и для промышленного применения.
- Расположение:Канада
- Обзор: VanadiumCorp Resource Inc. — канадская горнодобывающая и технологическая компания, специализирующаяся на добыче ванадия и разработке технологии ванадиевых проточных аккумуляторов (VRFB). Компания работает над повышением эффективности добычи ванадия и разработкой новых областей применения VRFB.
7. Системы хранения энергии (ESS, Inc.)
- Расположение:Соединенные Штаты
- Обзор:Компания ESS Inc. специализируется на решениях для долговременного хранения энергии с использованием технологии железопроточных батарей, которая похожа на ванадиевые проточные батареи, но использует железо вместо ванадия. Они предоставляют решения для крупномасштабного хранения энергии, но их работа является частью растущего рынка проточных батарей.
8. Системы хранения энергии CellCube
- Расположение:Австрия / Канада
- Обзор: Компания CellCube, дочернее предприятие Gildemeister Energy Storage, специализируется на производстве и внедрении ванадиевых проточных аккумуляторов для крупномасштабного хранения энергии в энергосистемах. Компания активно участвует в крупных проектах по хранению энергии в Европе и Северной Америке.
9. Решения в области возобновляемой энергетики (RES Group)
- Расположение: Великобритания
- Обзор:Компания RES Group, крупный мировой игрок в сфере возобновляемой энергетики, работает над интеграцией ванадиевых проточных батарей в энергетические системы в рамках своей цели по разработке устойчивых крупномасштабных решений для хранения энергии из возобновляемых источников.
10.Пу Нэн (PNT)
- Расположение:Китай
- Обзор: Pu Neng (PNT) — китайская компания, которая разрабатывает и производит ванадиевые проточные редокс-аккумуляторы (VRFB) для решений в области хранения энергии как малого, так и крупного масштаба. Компания специализируется на интеграции VRFB в системы возобновляемой энергии.
Вызовы и перспективы на будущее
Хотя ванадиевые проточные редокс-аккумуляторы обладают многообещающими преимуществами, существуют некоторые проблемы, которые необходимо решить:
- ●Цена ванадиевой проточной редокс-батареи:Стоимость ванадия и инфраструктуры, необходимой для крупномасштабных систем ванадий-редукторных батарей, может быть относительно высокой. Однако по мере развития технологии и увеличения объемов производства ванадия ожидается снижение затрат.
- ●Плотность энергии:Несмотря на то, что вентилируемые проточные батареи обладают превосходными возможностями длительной работы, их плотность энергии (количество энергии, запасенной на единицу объема или веса) ниже, чем у литий-ионных или твердотельных батарей. Это может сделать их менее подходящими для применений, где пространство и вес имеют решающее значение.
- ●Эффективность: Эффективность вибропроточных батарей, хотя и высока, все же несколько ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Однако ожидается, что улучшение материалов и конструкции со временем повысит их эффективность.
Заключение
Ванадиевая проточная редокс-батарея — это инновационное и перспективное решение для хранения энергии, способное произвести революцию в крупномасштабных системах хранения энергии. Её масштабируемость, длительный срок службы, безопасность и экологичность делают её привлекательным вариантом для хранения энергии в сетях, интеграции возобновляемых источников энергии и других крупномасштабных приложений хранения энергии. По мере развития технологии и снижения затрат ванадиевые проточные батареи могут сыграть ключевую роль в будущем.устойчивое хранение энергииспособствуя созданию более устойчивой и надежной энергетической сети.
Дата публикации: 07.01.2025