Vanádové redoxné prietokové batérie (VFB)sú novou technológiou skladovania energie s významným potenciálom, najmä vo veľkom meradle a dlhodobých aplikáciách skladovania. Na rozdiel od konvenčnýchskladovanie nabíjateľných batériíVFB používajú roztok vanádového elektrolytu pre kladnú aj zápornú elektródu, vďaka čomu sú jedinečné v dizajne a prevádzke.
Čo je vanádiová redoxná prietoková batéria?
Ten/Tá/Tovanádiová redoxná batéria (VRB), tiež známa ako vanádiová prietoková batéria (VFB) alebo vanádiová redoxná prietoková batéria (VRFB), je typ nabíjateľnej prietokovej batérie.
Využíva vanádové ióny v rôznych oxidačných stavoch na ukladanie a uvoľňovanie elektrickej energie. Na rozdiel od konvenčných batérií, VRFB ukladajú energiu v kvapalných elektrolytoch, ktoré cirkulujú systémom, a nie v pevných elektródach. Táto konštrukcia umožňuje škálovateľné a flexibilné...riešenia na ukladanie energie.
Kľúčové komponenty vanádovej redoxnej prietokovej batérie
| Kľúčová zložka | Popis |
| Elektrolyty | - VRFB používa dva kvapalné elektrolyty, ktoré zvyčajne obsahujú vanád v rôznych oxidačných stavoch (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ a V⁵⁺). |
| Elektródy | - Dve elektródy (zvyčajne uhlíkové alebo z podobných materiálov) uľahčujú redoxné reakcie (redukciu a oxidáciu) za účelom uvoľnenia alebo ukladania energie. |
| Membrána | - Protónovo vodivá membrána (často vyrobená z Nafionu) oddeľuje dva elektrolytické roztoky, čo umožňuje tok iónov medzi oboma stranami počas cyklu nabíjania/vybíjania. |
| Čerpadlá a prietokový systém | - Tieto komponenty cirkulujú elektrolyty cez elektrochemický článok, čím zabezpečujú nepretržitý tok vanádových iónov pre proces premeny energie. |
Ako funguje vanádiová redoxná prietoková batéria?
- 1. Cyklus vybíjania
- Počas vybíjania podliehajú ióny vanádu v kladných a záporných elektrolytických roztokoch oxidačným a redukčným reakciám na elektródach, čím uvoľňujú elektrickú energiu.
- 2. Nabíjací cyklus
- Počas nabíjania sa energia ukladá obrátením oxidačných a redukčných reakcií, čím sa ióny vanádu vrátia späť do ich pôvodného oxidačného stavu. Tento proces zahŕňa privádzanie externého prúdu do systému.
- 3. Prúdiace elektrolyty
- Kľúčovou charakteristikou prietokových batérií je použitie tekutých elektrolytov, ktoré sú čerpané systémom, čo umožňuje jednoduché zvýšenie kapacity batérie jednoduchým zväčšením zásobníkov elektrolytu.
Výhody vanádových redoxných prietokových batérií
- √ Škálovateľnosť
VRFB sa dajú ľahko zväčšiť zväčšením nádrží na elektrolyt, vďaka čomu sú ideálne pre rozsiahle aplikácie skladovania energie, ako je vyvažovanie siete a skladovanie obnoviteľnej energie. - √ Dlhá životnosť
Vanád sa počas cyklovania nedegraduje (pretože používa rovnaký materiál pre kladný aj záporný elektrolyt), čo poskytuje VRFB batériám dlhšiu prevádzkovú životnosť v porovnaní s inými chemickými zloženiami batérií.
Spoločnosť Naturgy nasadila túto vanádiovú prietokovú batériu v španielskej Zamore.
- √Bezpečnosť
VRFB sú relatívne bezpečné, pretože elektrolyty sú nehorľavé a netoxické. Kvapalná forma tiež znižuje riziko tepelného úniku, čo môže byť problémom pri niektorých iných typoch batérií. - √ Efektívnosť
VRFB môžu mať účinnosť obojsmerného prúdenia (percento energie získanej počas vybíjania) v rozmedzí od 65 % do 85 % v závislosti od konštrukcie a prevádzkových podmienok. -
√ Oddelenie energie a výkonu
VRFB dokážu nezávisle škálovať energetické (veľkosť elektrolytických nádrží) a výkonové (veľkosť elektrochemického článku) zložky, čo im poskytuje flexibilitu pre rôzne aplikácie.
Aplikácie vanádových redoxných prietokových batérií
Kontajnerová vanádiová prietoková batéria s výkonom 1 MW 4 MWh, ktorú vlastníAvista Utilities a vyrobené spoločnosťou UniEnergy Technologies.
- ⭐Skladovanie v sieti:VRFB sú obzvlášť užitočné na ukladanie prebytočnej energie z obnoviteľných zdrojov, ako je vietor a slnko, čím poskytujú tlmič na vyrovnanie prerušovanosti týchto zdrojov energie.
- ⭐Integrácia obnoviteľných zdrojov energie:Môžu ukladať energiu, keď je dopyt nízky, a uvoľňovať ju počas špičky.
- ⭐Záložné napájanie:VRFB sa dajú použiť aj ako záložné napájacie systémy v kritickej infraštruktúre.
Vanádová redoxná prietoková batéria VS lítium-iónová batéria
| Funkcia | Vanádová redoxná prietoková batéria (VFB) | |
| Bezpečnosť | Vďaka vodným roztokom elektrolytov je inherentne bezpečnejší, nedochádza k tepelnému úniku, požiarom ani výbuchom. | Môže predstavovať bezpečnostné riziká vrátane tepelného úniku, požiarov alebo výbuchov, ak je poškodený alebo prehriaty. |
| Škálovateľnosť | Ľahko škálovateľné, čo umožňuje modulárne rozšírenie vhodné pre veľké úložné zariadenia (stovky MWh). | Menej škálovateľný; zvyčajne sa používa v jednotkách s pevnou veľkosťou, hoci pre niektoré aplikácie je škálovateľný. |
| Počiatočné náklady | Vyššia počiatočná investícia v porovnaní s lítium-iónovými batériami. | Nižšie počiatočné náklady v porovnaní s VFB. |
| Hustota energie | Nižšia energetická hustota (12 – 40 Wh/kg), čo ich robí nevhodnými pre mobilné aplikácie, ako sú elektromobily. | Vyššia energetická hustota (80 – 300 Wh/kg), ideálna pre mobilné aplikácie, ako sú elektrické vozidlá (EV). |
| Účinnosť premeny energie | Nižšia účinnosť (70 – 75 %) v porovnaní s lítium-iónovými batériami. | Vyššia účinnosť (90 %) vďaka efektívnejším cyklom nabíjania/vybíjania. |
| Životný cyklus | Extrémne dlhá životnosť (> 10 000 cyklov, pričom niektoré presahujú 20 000 cyklov). | Kratšia životnosť (zvyčajne 1 000 – 3 000 cyklov, v závislosti od typu batérie a použitia). |
| Náklady počas celej životnosti | Nižšie náklady na watthodinu (Wh) počas celého životného cyklu. Ekologickejšie vďaka recyklovateľným vanádiovým elektrolytom. | Vyššie náklady na watthodinu počas celej životnosti kvôli kratšej životnosti a degradácii v priebehu času. |
| Cena za Wh | V súčasnosti okolo 0,30 až 0,40 USD za Wh, čo je nákladovo efektívnejšie pre dlhodobé skladovanie energie. | Typicky 0,50 USD za Wh, vyššie náklady na dlhodobé skladovanie kvôli kratšej životnosti a rýchlejšej degradácii. |
▲Vanádové redoxné prietokové batérie (VFB) sú vhodnejšie pre rozsiahle aplikácie dlhodobého skladovania energie kvôli ich bezpečnosti, škálovateľnosti, dlhej životnosti a nákladovej efektívnosti z dlhodobého hľadiska. Ich nízka energetická hustota a vysoké počiatočné náklady ich však robia nevhodnými pre aplikácie, ako sú elektrické vozidlá.
▲ Lítium-iónové batérie (Li-ion)sa častejšie používajú v prenosných aplikáciách, ako sú elektrické vozidlá, kvôli ich vyššej hustote energie, ale v porovnaní s VFB sú spojené s bezpečnostnými rizikami, kratšou životnosťou a vyššími dlhodobými nákladmi.
10 najlepších spoločností vyrábajúcich vanádové prietokové batérie
Na vývoji a komercializácii vanádových redoxných prietokových batérií (VRFB) pracuje po celom svete niekoľko spoločností a organizácií so zameraním na...riešenia pre rozsiahle skladovanie energieMedzi kľúčových hráčov na trhu VRFB patria zavedené spoločnosti aj startupy špecializujúce sa na túto technológiu.
1. RedT Energy (teraz Invinity Energy Systems)
- Poloha: Spojené kráľovstvo
- Prehľad: Spoločnosť RedT Energy sa zlúčila so spoločnosťou HydroStar a vznikla spoločnosť Invinity Energy Systems. Špecializujú sa na riešenia dlhodobého skladovania energie založené na technológii VRFB. Ich produkty sú zamerané na priemyselné a sieťové aplikácie skladovania energie.
2. Energia VRB
- Poloha: Čína / Kanada
- Prehľad:VRB Energy je dcérskou spoločnosťou čínskej štátnej korporácie pre rozvodnú sieť a zameriava sa na vývoj a komercializáciu VRFB. Ponúka rozsiahle riešenia skladovania energie a je obzvlášť aktívna na čínskom aj medzinárodnom trhu.
3. SUmitomo Electric Industries
- Poloha: Japonsko
- Prehľad: Spoločnosť Sumitomo zohrala významnú úlohu vo vývoji technológie prietokových batérií s redoxným oxidom na báze vanádu. Spoločnosť vyvinula vlastné systémy VRFB a implementovala ich do rôznych projektov skladovania energie, najmä na japonskom trhu.
- Poloha: Spojené štáty
- Prehľad:Spoločnosť Imergi Power Systems sa špecializuje na vývoj prietokových batérií na báze vanádu pre skladovanie energie v rozvodnej sieti. Spoločnosť sa zameriava na integráciu obnoviteľných zdrojov energie, ako je slnečná a veterná energia, s ukladaním energie.
5. Sivens
- Poloha:Francúzsko
- Prehľad: Sivens je francúzska spoločnosť zaoberajúca sa výrobou systémov VRFB na skladovanie energie. Zameriava sa na vývoj nákladovo efektívnych a dlhotrvajúcich riešení skladovania energie pre komerčné aj priemyselné aplikácie.
6. Spoločnosť VanadiumCorp Resource Inc.
- Poloha:Kanada
- Prehľad: VanadiumCorp Resource Inc. je kanadská ťažobná a technologická spoločnosť, ktorá sa zameriava na ťažbu vanádu a vývoj technológie VRFB. Spoločnosť pracuje na zlepšení efektívnosti ťažby vanádu a vývoji nových aplikácií pre VRFB.
7. Systémy na skladovanie energie (ESS, Inc.)
- Poloha:Spojené štáty
- Prehľad:ESS Inc. je spoločnosť zameraná na riešenia dlhodobého skladovania energie s využitím technológie prietokových batérií so železom, ktorá je podobná VRFB, ale namiesto vanádu používa železo. Poskytujú rozsiahle riešenia skladovania energie, ale ich práca je súčasťou rastúceho trhu s prietokovými batériami.
8. Systémy na skladovanie energie CellCube
- Poloha:Rakúsko / Kanada
- Prehľad: CellCube, dcérska spoločnosť Gildemeister Energy Storage, sa zameriava na výrobu a nasadzovanie vanádových redoxných prietokových batérií pre skladovanie energie v rozvodnej sieti. Spoločnosť sa angažuje najmä vo veľkých projektoch skladovania energie v Európe a Severnej Amerike.
9. Riešenia pre obnoviteľnú energiu (skupina RES)
- Poloha: Spojené kráľovstvo
- Prehľad:Skupina RES, významný globálny hráč v oblasti obnoviteľných zdrojov energie, pracuje na integrácii vanádových prietokových batérií do energetických systémov ako súčasť svojho cieľa vyvinúť udržateľné riešenia pre skladovanie energie vo veľkom meradle pre obnoviteľné zdroje.
- Poloha:Čína
- Prehľad: Pu Neng (PNT) je čínska spoločnosť, ktorá vyvíja a vyrába vanádiové redoxné prietokové batérie pre malé aj veľké riešenia skladovania energie. Zameriava sa na integráciu VRFB do systémov obnoviteľnej energie.
Výzvy a budúce vyhliadky
Hoci vanádové redoxné prietokové batérie ponúkajú sľubné výhody, existujú určité výzvy, ktoré je potrebné riešiť:
- ●Cena vanádovej redoxnej prietokovej batérie:Náklady na vanád a infraštruktúru potrebnú pre rozsiahle systémy VFB môžu byť relatívne vysoké. S rozvojom technológie a zvyšovaním produkcie vanádu sa však očakáva pokles nákladov.
- ●Hustota energie:Hoci VFB majú vynikajúce dlhodobé výdrže, ich hustota energie (množstvo energie uloženej na jednotku objemu alebo hmotnosti) je nižšia ako u lítium-iónových alebo polovodičových batérií. To ich môže robiť menej vhodnými pre aplikácie, kde sú priestor a hmotnosť kritické.
- ●Účinnosť: Účinnosť VFB je síce vysoká, ale stále o niečo nižšia ako účinnosť lítium-iónových batérií. Očakáva sa však, že vylepšenia materiálov a dizajnu účinnosť časom zvýšia.
Záver
Prietoková batéria Vanádium Redox Flow je inovatívne a sľubné riešenie na ukladanie energie s potenciálom prevratne zmeniť rozsiahle systémy na ukladanie energie. Jej škálovateľnosť, dlhá životnosť, bezpečnosť a ekologický dizajn z nej robia atraktívnu možnosť pre ukladanie energie do siete, integráciu obnoviteľných zdrojov energie a ďalšie rozsiahle aplikácie na ukladanie energie. S rozvojom technológie a znižovaním nákladov by mohli VFB zohrávať kľúčovú úlohu v budúcnosti...udržateľné skladovanie energie, čo pomôže vytvoriť odolnejšiu a spoľahlivejšiu energetickú sieť.
Čas uverejnenia: 7. januára 2025