Ванадий-редокс-проточные батареи (VFB)являются новой технологией хранения энергии со значительным потенциалом, особенно в крупномасштабных, долгосрочных приложениях хранения. В отличие от обычныхаккумуляторная батареяВ VFB используется раствор ванадиевого электролита как для положительных, так и для отрицательных электродов, что делает их уникальными по конструкции и принципу действия.
Что такое ванадиевая редокс-проточная батарея?
TheВанадиевая окислительно-восстановительная батарея (ВРБ), также известная как ванадиевая проточная батарея (VFB) или ванадиевая редокс-проточная батарея (VRFB), представляет собой тип перезаряжаемой проточной батареи.
Он использует ионы ванадия в различных степенях окисления для хранения и высвобождения электрической энергии. В отличие от обычных батарей, VRFB хранят энергию в жидких электролитах, которые циркулируют по системе, а не в твердых электродах. Такая конструкция обеспечивает масштабируемость и гибкостьрешения для хранения энергии.
Ключевые компоненты ванадиевой редокс-проточной батареи
| Ключевой компонент | Описание |
| Электролиты | - VRFB использует два жидких электролита, обычно содержащих ванадий в различных степенях окисления (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ и V⁵⁺). |
| Электроды | - Два электрода (обычно из углерода или подобных материалов) облегчают окислительно-восстановительные реакции (восстановление и окисление) для высвобождения или хранения энергии. |
| Мембрана | - Протонпроводящая мембрана (часто изготавливаемая из нафиона) разделяет два электролитных раствора, обеспечивая поток ионов между двумя сторонами во время цикла заряда/разряда. |
| Насосы и система потока | - Эти компоненты обеспечивают циркуляцию электролитов через электрохимическую ячейку, обеспечивая непрерывный поток ионов ванадия для процесса преобразования энергии. |
Как работает ванадиевая редокс-проточная батарея?
- 1. Цикл разряда
- Во время разряда ионы ванадия в положительных и отрицательных растворах электролитов подвергаются реакциям окисления и восстановления на электродах, высвобождая электрическую энергию.
- 2. Цикл зарядки
- Во время зарядки энергия сохраняется путем обращения реакций окисления и восстановления, перемещая ионы ванадия обратно в их исходные состояния окисления. Этот процесс включает приложение внешнего тока к системе.
- 3. Текущие электролиты
- Ключевой характеристикой проточных батарей является использование жидких электролитов, прокачиваемых через систему, что позволяет легко увеличивать емкость батареи, просто увеличивая размер резервуаров для хранения электролита.
Преимущества ванадиевых редокс-батарей проточного типа
- √ Масштабируемость
VRFB можно легко масштабировать, увеличивая размер электролитных баков, что делает их идеальными для крупномасштабных приложений по хранению энергии, таких как балансировка сети и хранение возобновляемой энергии. - √ Длительный срок службы
Ванадий не разрушается во время циклирования (поскольку для положительных и отрицательных электролитов используется один и тот же материал), что обеспечивает VRFB более длительный срок службы по сравнению с другими химическими составами аккумуляторов.
Компания Naturgy установила эту ванадиевую проточную батарею в Саморе, Испания.
- √Безопасность
VRFB относительно безопасны, поскольку электролиты не воспламеняемы и нетоксичны. Жидкая форма также снижает риск теплового разгона, который может быть проблемой в некоторых других типах батарей. - √ Эффективность
VRFB могут иметь эффективность возврата энергии (процент энергии, рекуперированной во время разряда) от 65% до 85% в зависимости от конструкции и условий эксплуатации. -
√ Разделение энергии и мощности
VRFB могут независимо масштабировать компоненты энергии (размеры электролитных баков) и мощности (размеры электрохимической ячейки), что обеспечивает им гибкость для различных применений.
Применение ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батарей
Контейнерная ванадиевая проточная батарея мощностью 1 МВт/4 МВт·ч, принадлежащаяAvista Utilities и производитель UniEnergy Technologies.
- ⭐Сетевое хранилище:Системы VRFB особенно полезны для хранения избыточной энергии из возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, обеспечивая буфер для сглаживания перебоев в работе этих источников энергии.
- ⭐Интеграция возобновляемых источников энергии:Они могут накапливать энергию, когда спрос на нее низкий, и выдавать ее в часы пик.
- ⭐Резервное питание:VRFB также могут использоваться для резервных систем электропитания в критически важной инфраструктуре.
Ванадиевая редокс-проточная батарея против литий-ионной батареи
| Особенность | Проточная окислительно-восстановительная батарея ванадия (VFB) | |
| Безопасность | По своей сути более безопасны благодаря использованию водных растворов электролитов, отсутствию теплового разгона, пожаров и взрывов. | Может представлять угрозу безопасности, включая тепловой разгон, пожары или взрывы в случае повреждения или перегрева. |
| Масштабируемость | Легко масштабируется, допускает модульное расширение, подходит для больших хранилищ (сотни МВт·ч). | Менее масштабируемый; обычно используется в устройствах фиксированного размера, хотя для некоторых приложений его можно масштабировать. |
| Первоначальная стоимость | Более высокие первоначальные инвестиции по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. | Более низкие первоначальные затраты по сравнению с VFB. |
| Плотность энергии | Более низкая плотность энергии (12–40 Вт·ч/кг), что делает их непригодными для использования в мобильных устройствах, таких как электромобили. | Более высокая плотность энергии (80–300 Вт·ч/кг), идеально подходящая для мобильных устройств, таких как электромобили (ЭМ). |
| Эффективность преобразования энергии | Более низкая эффективность (70-75%) по сравнению с литий-ионными аккумуляторами. | Более высокая эффективность (90%) за счет более эффективных циклов заряда/разряда. |
| Цикл жизни | Чрезвычайно долгий срок службы (>10 000 циклов, а некоторые превышают 20 000 циклов). | Более короткий срок службы (обычно 1000–3000 циклов, в зависимости от типа батареи и условий эксплуатации). |
| Расходы за весь срок службы | Более низкая стоимость за ватт-час (Вт·ч) на протяжении всего жизненного цикла. Более экологичны благодаря перерабатываемым ванадиевым электролитам. | Более высокая стоимость за ватт-час в течение всего срока службы из-за более короткого срока службы и ухудшения характеристик с течением времени. |
| Стоимость за Вт·ч | В настоящее время эта цена составляет около 0,30–0,40 долл. США за Вт·ч, что более рентабельно для долгосрочного хранения энергии. | Обычно 0,50 долл. США за Вт·ч, более высокая стоимость долгосрочного хранения из-за более короткого срока службы и более быстрой деградации. |
▲Ванадий-редокс-проточные батареи (VFB) больше подходят для крупномасштабных, долгосрочных приложений хранения энергии из-за их безопасности, масштабируемости, длительного срока службы и экономической эффективности в долгосрочной перспективе. Однако их низкая плотность энергии и высокая начальная стоимость делают их непригодными для таких приложений, как электромобили.
▲ Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion)более широко используются в портативных устройствах, таких как электромобили, из-за более высокой плотности энергии, но они сопряжены с рисками для безопасности, более коротким сроком службы и более высокими долгосрочными затратами по сравнению с VFB.
10 крупнейших компаний по производству ванадиевых проточных батарей
В мире существует несколько компаний и организаций, работающих над разработкой и коммерциализацией ванадиевых проточных редокс-батарей (VRFB), уделяя особое вниманиекрупномасштабные решения по хранению энергии. Среди ключевых игроков на рынке VRFB есть как устоявшиеся компании, так и стартапы, специализирующиеся на этой технологии.
1. RedT Energy (теперь Invinity Energy Systems)
- Расположение: Великобритания
- Обзор: RedT Energy объединилась с HydroStar, образовав Invinity Energy Systems. Они специализируются на решениях для долгосрочного хранения энергии на основе технологии VRFB. Их продукция предназначена для промышленных и сетевых приложений хранения энергии.
2. ВРБ Энергия
- Расположение: Китай/Канада
- Обзор:VRB Energy — дочерняя компания China's State Grid Corporation, которая фокусируется на разработке и коммерциализации VRFB. Они предлагают крупномасштабные решения по хранению энергии и особенно активны как на китайском, так и на международном рынках.
3. SУмитомо Электрик Индастриз
- Расположение: Япония
- Обзор: Sumitomo сыграла важную роль в развитии технологии ванадиевых редокс-проточных батарей. Компания разработала собственные системы VRFB и внедрила их в различные проекты по хранению энергии, в частности на японском рынке.
- Расположение: Соединенные Штаты
- Обзор:Imergy Power Systems специализируется на разработке ванадиевых проточных батарей для хранения энергии в масштабах сети. Компания сосредоточена на интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая, с хранением энергии.
5. Сивенс
- Расположение:Франция
- Обзор: Sivens — французская компания, занимающаяся производством систем VRFB для хранения энергии. Они сосредоточены на разработке экономически эффективных и долговечных решений для хранения энергии как для коммерческих, так и для промышленных применений.
- Расположение:Канада
- Обзор: VanadiumCorp Resource Inc. — канадская горнодобывающая и технологическая компания, которая фокусируется на извлечении ванадия и разработке технологии VRFB. Компания работает над повышением эффективности извлечения ванадия и разработкой новых приложений для VRFB.
7. Системы хранения энергии (ESS, Inc.)
- Расположение:Соединенные Штаты
- Обзор:ESS Inc. — это компания, которая специализируется на решениях по долгосрочному хранению энергии с использованием технологии проточных батарей из железа, которая похожа на VRFB, но использует железо вместо ванадия. Они предоставляют крупномасштабные решения по хранению энергии, но их работа является частью растущего рынка проточных батарей.
8. Системы хранения энергии CellCube
- Расположение:Австрия/Канада
- Обзор: CellCube, дочерняя компания Gildemeister Energy Storage, фокусируется на производстве и развертывании ванадиевых редокс-батарей Flow для хранения в масштабах сети. Компания особенно вовлечена в крупномасштабные проекты по хранению энергии в Европе и Северной Америке.
9. Решения в области возобновляемой энергии (RES Group)
- Расположение: Великобритания
- Обзор:RES Group, крупный глобальный игрок на рынке возобновляемых источников энергии, работает над интеграцией ванадиевых проточных батарей в энергосистемы в рамках своей цели по разработке устойчивых крупномасштабных решений по хранению энергии для возобновляемых источников энергии.
10.Пу Нэн (PNT)
- Расположение:Китай
- Обзор: Pu Neng (PNT) — китайская компания, которая разрабатывает и производит ванадиевые редокс-проточные батареи для малых и крупных решений по хранению энергии. Они фокусируются на интеграции VRFB в системы возобновляемой энергии.
Проблемы и перспективы на будущее
Хотя ванадиевые редокс-батареи проточного типа обладают многообещающими преимуществами, необходимо решить ряд проблем:
- ●Цена ванадиевой редокс-проточной батареи:Стоимость ванадия и инфраструктуры, необходимой для крупномасштабных систем VFB, может быть относительно высокой. Однако по мере развития технологии и масштабирования производства ванадия ожидается снижение затрат.
- ●Плотность энергии:Хотя VFB обладают превосходными возможностями длительной работы, их плотность энергии (количество энергии, запасаемой на единицу объема или веса) ниже, чем у литий-ионных или твердотельных аккумуляторов. Это может сделать их менее подходящими для приложений, где пространство и вес имеют решающее значение.
- ●Эффективность: Эффективность VFB, хотя и высокая, все еще немного ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Однако ожидается, что улучшения в материалах и конструкции со временем повысят эффективность.
Заключение
Батарея Vanadium Redox Flow — это инновационное и многообещающее решение для хранения энергии, способное произвести революцию в крупномасштабных системах хранения энергии. Ее масштабируемость, длительный срок службы, безопасность и экологичная конструкция делают ее привлекательным вариантом для сетевого хранения, интеграции возобновляемых источников энергии и других крупномасштабных приложений для хранения энергии. По мере развития технологии и снижения затрат VFB могут играть ключевую роль в будущемустойчивое хранение энергии, помогая создать более устойчивую и надежную энергетическую сеть.
Время публикации: 07.01.2025