Ванадий-редокс-проточные батареи (VFB)представляют собой новую технологию хранения энергии с большим потенциалом, особенно в крупномасштабных и долгосрочных приложениях. В отличие от традиционныхаккумуляторная батареяВ ВБП как для положительных, так и для отрицательных электродов используется раствор ванадиевого электролита, что делает их уникальными по конструкции и принципу работы.
Что такое ванадиевая проточная редокс-батарея?
Theванадиевая окислительно-восстановительная батарея (VRB), также известный как ванадиевая проточная батарея (VFB) или ванадиевая редокс-проточная батарея (VRFB), является типом перезаряжаемой проточной батареи.
Он использует ионы ванадия в различных степенях окисления для хранения и высвобождения электроэнергии. В отличие от обычных аккумуляторов, VRFB хранят энергию в жидких электролитах, циркулирующих в системе, а не в твёрдых электродах. Такая конструкция обеспечивает масштабируемость и гибкость.решения для хранения энергии.
Ключевые компоненты ванадиевой проточной окислительно-восстановительной 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 изготовленная 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 окислительно-восстановительная проточная батарея?
- 1. Цикл разряда
- Во время разряда ионы ванадия в положительных и отрицательных растворах электролитов подвергаются реакциям окисления и восстановления на электродах, выделяя электрическую энергию.
- 2. Цикл зарядки
- Во время зарядки энергия накапливается за счёт обратных реакций окисления и восстановления, возвращая ионы ванадия в исходные состояния окисления. Этот процесс подразумевает подачу внешнего тока в систему.
- 3. Текучие электролиты
- Ключевой особенностью проточных батарей является использование жидких электролитов, прокачиваемых через систему, что позволяет легко увеличивать емкость батареи путем простого увеличения размеров резервуаров для хранения электролита.
Преимущества ванадиевых проточных редокс-батарей
- √ 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 эксплуатации по сравнению с другими химическими составами аккумуляторов.
Компания Naturgy установила эту ванадиевую проточную батарею в Саморе, Испания.
- √Безопасность
Аккумуляторы VRFB относительно безопасны, поскольку электролиты негорючи и нетоксичны. Жидкая форма также снижает риск теплового разгона, который может представлять опасность для некоторых других типов аккумуляторов. - √ Эффективность
Коэффициент полезного действия (процент энергии, рекуперированной во время разряда) у VRFB может составлять от 65% до 85% в зависимости от конструкции и условий эксплуатации. -
√ Разделение энергии и мощности
VRFB могут независимо масштабировать энергетические (размер электролитных баков) и мощностные (размер электрохимической ячейки) компоненты, что обеспечивает им гибкость для различных сфер применения.
Применение ванадиевых проточных окислительно-восстановительных батарей
Контейнерная ванадиевая проточная батарея мощностью 1 МВт и 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 подаче энергии из этих источников.
- ⭐Интеграция возобновляемых источников энергии:Они могут накапливать энергию, когда спрос низкий, и высвобождать ее в часы пик.
- ⭐Резервное питание:VRFB также могут использоваться для резервных систем электропитания в критически важной инфраструктуре.
Ванадиевый окислительно-восстановительный проточный аккумулятор против литий-ионного аккумулятора
| Особенность | Ванадиевая проточная окислительно-восстановительная батарея (VFB) | |
| Безопасность | По своей сути более безопасны благодаря использованию водных растворов электролитов, не подвержены тепловому пробою, возгораниям и взрывам. | Может представлять угрозу безопасности, включая тепловой пробой, возгорание или взрыв 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) делает их непригодными для использования в мобильных устройствах, таких как электромобили. | Более высокая плотность энергии (80–300 Вт⋅ч/кг), идеально подходит для мобильных применений, 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 длительный 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 использования). |
| Расходы за весь срок службы | Снижение стоимости за ватт-час (Вт·ч) на протяжении всего жизненного цикла. Более экологичны благодаря перерабатываемым ванадиевым электролитам. | Более высокая стоимость жизненного цикла за ватт-час из-за более короткого цикла и ухудшения характеристик с течением времени. |
| Стоимость за Вт·ч | В настоящее время эта сумма 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 при долгосрочном хранении из-за более короткого срока службы и более быстрой деградации. |
▲Ванадий-редокс-проточные батареи (VFB) Они более подходят для крупномасштабных и долгосрочных систем хранения энергии благодаря своей безопасности, масштабируемости, длительному сроку службы и экономической эффективности в долгосрочной перспективе. Однако их низкая плотность энергии и высокая начальная стоимость делают их непригодными для таких применений, как электромобили.
▲ Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion)более широко используются для портативных устройств, таких как электромобили, из-за более высокой плотности энергии, но они сопряжены с рисками для безопасности, более коротким сроком службы и более высокими долгосрочными расходами 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 окислительно-восстановительных батарей (VRFB), уделяя особое вниманиекрупномасштабные решения по хранению энергииСреди ключевых игроков рынка VRFB есть как известные компании, так и стартапы, специализирующиеся на этой технологии.
1. RedT Energy (теперь Invinity Energy Systems)
- Расположение: Великобритания
- Обзор: Компания RedT Energy объединилась с HydroStar, образовав Invinity Energy Systems. Компания специализируется на решениях для долговременного хранения энергии на основе технологии VRFB. Продукция компании предназначена для промышленных и сетевых накопителей энергии.
2. ВРБ Энергия
- Расположение: Китай/Канада
- Обзор:VRB Energy — дочерняя компания Государственной электросетевой корпорации Китая, специализирующаяся на разработке и коммерциализации VRFB. Компания предлагает крупномасштабные решения для накопления энергии и активно работает как на китайском, так и на международном рынке.
3. SУмитомо Электрик Индастриз
- Расположение: Япония
- Обзор: Компания Sumitomo сыграла важную роль в разработке технологии ванадиевых проточных редокс-аккумуляторов. Компания разработала собственные системы VRFB и внедрила их в различные проекты по накоплению энергии, особенно на японском рынке.
- Расположение: Соединенные Штаты
- Обзор:Компания Imergy Power Systems специализируется на разработке проточных аккумуляторов на основе ванадия для сетевых накопителей энергии. Компания специализируется на интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая, с системами накопления энергии.
5. Сивенс
- Расположение:Франция
- Обзор: Sivens — французская компания, занимающаяся производством систем VRFB для хранения энергии. Компания специализируется на разработке экономичных 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 извлечении ванадия и разработке технологии VRFB. Компания работает над повышением эффективности извлечения ванадия и разработкой новых сфер 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 проточных железных аккумуляторов, которая аналогична технологии VRFB, но использует железо вместо ванадия. Компания предлагает крупномасштабные решения для хранения энергии, но её работа является частью растущего рынка проточных аккумуляторов.
8. Системы хранения энергии CellCube
- Расположение:Австрия/Канада
- Обзор: CellCube, дочерняя компания Gildemeister Energy Storage, специализируется на производстве и внедрении ванадиевых редокс-аккумуляторов проточного типа для сетевых накопителей энергии. Компания активно участвует в крупномасштабных проектах по хранению энергии в Европе и Северной Америке.
9. Решения в области возобновляемой энергетики (RES Group)
- Расположение: Великобритания
- Обзор:RES Group, крупный мировой 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, разрабатывающая и производящая ванадиевые редокс-аккумуляторы проточного типа для малых и крупных систем накопления энергии. Компания специализируется на интеграции VRFB в системы возобновляемой энергетики.
Проблемы и перспективы на будущее
Хотя проточные ванадиевые редокс-батареи обладают многообещающими преимуществами, есть ряд проблем, которые необходимо решить:
- ●Цена на ванадиевую редокс-проточную батарею: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:Несмотря на то, что VFB обладают превосходной длительной работой, их плотность энергии (количество энергии, запасённой на единицу объёма или веса) ниже, чем у литий-ионных или твердотельных аккумуляторов. Это может сделать их менее подходящими для приложений, где критичны компактность и вес.
- ●Эффективность: Эффективность VFB, хотя и высокая, всё ещё немного ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Однако ожидается, что совершенствование материалов и конструкции со временем приведёт к повышению эффективности.
Заключение
Проточная ванадиевая редокс-батарея — это инновационное и перспективное решение для хранения энергии, способное произвести революцию в области крупномасштабных систем накопления энергии. Масштабируемость, длительный срок службы, безопасность и экологичность конструкции делают её привлекательным вариантом для сетевых накопителей, интеграции с возобновляемыми источниками энергии и других крупномасштабных приложений накопления энергии. По мере развития технологии и снижения затрат, VFB могут сыграть ключевую роль в будущем.устойчивое хранение энергии, помогая создать более устойчивую и надежную энергетическую сеть.
Время публикации: 07 января 2025 г.