Vanadijeve redoks pretočne baterije (VFB)so nova tehnologija shranjevanja energije z velikim potencialom, zlasti pri obsežnih in dolgotrajnih aplikacijah shranjevanja. Za razliko od konvencionalnihshranjevanje polnilnih baterijVFB-ji uporabljajo raztopino vanadijevega elektrolita tako za pozitivno kot za negativno elektrodo, zaradi česar so edinstveni po zasnovi in delovanju.
Kaj je vanadijeva redoks pretočna baterija?
Thevanadijeva redoks baterija (VRB), znana tudi kot vanadijeva pretočna baterija (VFB) ali vanadijeva redoks pretočna baterija (VRFB), je vrsta polnilne pretočne baterije.
Za shranjevanje in sproščanje električne energije uporablja vanadijeve ione v različnih oksidacijskih stanjih. Za razliko od običajnih baterij VRFB shranjujejo energijo v tekočih elektrolitih, ki krožijo skozi sistem, namesto v trdnih elektrodah. Ta zasnova omogoča skalabilno in prilagodljivo delovanje.rešitve za shranjevanje energije.
Ključne komponente vanadijeve redoks pretočne baterije
| Ključna komponenta | Opis |
| Elektroliti | - VRFB uporablja dva tekoča elektrolita, ki običajno vsebujeta vanadij v različnih oksidacijskih stanjih (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ in V⁵⁺). |
| Elektrode | - Dve elektrodi (običajno ogljikovi ali podobni materiali) olajšata redoks reakcije (redukcijo in oksidacijo) za sproščanje ali shranjevanje energije. |
| Membrana | - Protonsko prevodna membrana (pogosto izdelana iz Nafiona) ločuje obe raztopini elektrolitov, kar omogoča pretok ionov med obema stranema med ciklom polnjenja/praznjenja. |
| Črpalke in pretočni sistem | - Te komponente krožijo elektrolite skozi elektrokemijsko celico in zagotavljajo neprekinjen pretok vanadijevih ionov za proces pretvorbe energije. |
Kako deluje vanadijeva redoks baterija?
- 1. Cikel praznjenja
- Med praznjenjem se vanadijevi ioni v pozitivnih in negativnih elektrolitnih raztopinah na elektrodah oksidirajo in redukcijsko reagirajo, pri čemer se sprošča električna energija.
- 2. Cikel polnjenja
- Med polnjenjem se energija shranjuje z obračanjem oksidacijskih in redukcijskih reakcij, pri čemer se vanadijevi ioni vrnejo v prvotno oksidacijsko stanje. Ta postopek vključuje uporabo zunanjega toka v sistemu.
- 3. Tekoči elektroliti
- Ključna značilnost pretočnih baterij je uporaba tekočih elektrolitov, ki se črpajo skozi sistem, kar omogoča enostavno povečanje zmogljivosti baterije s preprosto povečanjem velikosti rezervoarjev za shranjevanje elektrolitov.
Prednosti vanadijevih redoks baterij
- √ Prilagodljivost
VRFB-je je mogoče enostavno povečati s povečanjem velikosti rezervoarjev za elektrolite, zaradi česar so idealni za velike aplikacije shranjevanja energije, kot sta uravnoteženje omrežja in shranjevanje obnovljive energije. - √ Dolga življenjska doba
Vanadij se med cikliranjem ne razgradi (ker uporablja isti material za pozitivne in negativne elektrolite), kar daje VRFB-jem daljšo življenjsko dobo v primerjavi z drugimi kemikalijami baterij.
Naturgy je to vanadijevo pretočno baterijo namestil v Zamori v Španiji.
- √Varnost
VRFB-ji so relativno varni, ker elektroliti niso vnetljivi in nestrupeni. Tekoča oblika tudi zmanjšuje tveganje toplotnega pobega, kar je lahko problem pri nekaterih drugih vrstah baterij. - √ Učinkovitost
VRFB-ji imajo lahko izkoristek povratnega toka (odstotek energije, pridobljene med praznjenjem) od 65 % do 85 %, odvisno od zasnove in obratovalnih pogojev. -
√ Ločevanje energije in moči
VRFB-ji lahko neodvisno prilagajajo energijske (velikost elektrolitnih rezervoarjev) in močnostne (velikost elektrokemične celice) komponente, kar jim daje prilagodljivost za različne aplikacije.
Uporaba vanadijevih redoks pretočnih baterij
Pretočna vanadijeva baterija v kontejnerju z močjo 1 MW in 4 MWh, ki je v lastiAvista Utilities, proizvajalec UniEnergy Technologies.
- ⭐Shranjevanje v omrežju:VRFB-ji so še posebej uporabni za shranjevanje presežne energije iz obnovljivih virov, kot sta veter in sonce, saj zagotavljajo blažilec za glajenje nestanovitnosti teh virov energije.
- ⭐Integracija obnovljivih virov energije:Energijo lahko shranjujejo, ko je povpraševanje majhno, in jo sproščajo v času največjega povpraševanja.
- ⭐Rezervno napajanje:VRFB-ji se lahko uporabljajo tudi za rezervne napajalne sisteme v kritični infrastrukturi.
Vanadijska redoks baterija v primerjavi z litij-ionsko baterijo
| Funkcija | Vanadijeva redoks pretočna baterija (VFB) | |
| Varnost | Zaradi vodnih raztopin elektrolitov je inherentno varnejši, brez toplotnega pobega, požarov ali eksplozij. | Lahko predstavlja varnostna tveganja, vključno s toplotnim pobegom, požari ali eksplozijami, če je poškodovano ali pregreto. |
| Prilagodljivost | Enostavno skalabilno, kar omogoča modularno širitev, primerno za velike skladiščne prostore (na stotine MWh). | Manj skalabilen; običajno se uporablja v enotah fiksne velikosti, čeprav ga je mogoče skalirati za nekatere aplikacije. |
| Začetni stroški | Višja začetna naložba v primerjavi z litij-ionskimi baterijami. | Nižji začetni stroški v primerjavi z VFB. |
| Gostota energije | Nižja energijska gostota (12–40 Wh/kg), zaradi česar so neprimerni za mobilne aplikacije, kot so električna vozila. | Višja energijska gostota (80–300 Wh/kg), idealna za mobilne aplikacije, kot so električna vozila (EV). |
| Učinkovitost pretvorbe energije | Nižja učinkovitost (70–75 %) v primerjavi z litij-ionskimi baterijami. | Višja učinkovitost (90 %) zaradi učinkovitejših ciklov polnjenja/praznjenja. |
| Življenjski cikel | Izjemno dolga življenjska doba (> 10.000 ciklov, pri čemer nekateri presežejo 20.000 ciklov). | Krajša življenjska doba (običajno 1.000–3.000 ciklov, odvisno od vrste baterije in uporabe). |
| Stroški v življenjski dobi | Nižji stroški na vatno uro (Wh) v celotnem življenjskem ciklu. Okolju prijaznejši z recikliranimi vanadijevimi elektroliti. | Višji stroški na vatno uro med življenjsko dobo zaradi krajše življenjske dobe in degradacije skozi čas. |
| Stroški na Wh | Trenutno okoli 0,30–0,40 USD na Wh, kar je stroškovno učinkovitejše za dolgoročno shranjevanje energije. | Običajno 0,50 USD na Wh, višji stroški za dolgoročno shranjevanje zaradi krajše življenjske dobe in hitrejše degradacije. |
▲Vanadijeve redoks pretočne baterije (VFB) So zaradi svoje varnosti, skalabilnosti, dolge življenjske dobe in stroškovne učinkovitosti na dolgi rok primernejši za obsežne in dolgoročne aplikacije shranjevanja energije. Vendar pa zaradi nizke energijske gostote in visokih začetnih stroškov niso primerni za aplikacije, kot so električna vozila.
▲ Litij-ionske baterije (Li-ion)Zaradi večje energijske gostote se pogosteje uporabljajo za prenosne aplikacije, kot so električna vozila, vendar so v primerjavi z VFB-ji povezani z varnostnimi tveganji, krajšo življenjsko dobo in višjimi dolgoročnimi stroški.
10 najboljših podjetij za pretočne vanadijeve baterije
Po vsem svetu se več podjetij in organizacij ukvarja z razvojem in komercializacijo vanadijevih redoks pretočnih baterij (VRFB), s poudarkom narešitve za shranjevanje energije velikega obsegaMed ključnimi akterji na trgu VRFB so tako uveljavljena podjetja kot zagonska podjetja, specializirana za to tehnologijo.
1. RedT Energy (zdaj Invinity Energy Systems)
- Lokacija: Združeno kraljestvo
- Pregled: Podjetje RedT Energy se je združilo s podjetjem HydroStar v Invinity Energy Systems. Specializirani so za rešitve za dolgotrajno shranjevanje energije, ki temeljijo na tehnologiji VRFB. Njihovi izdelki so namenjeni industrijskim in omrežnim aplikacijam za shranjevanje energije.
2. VRB Energija
- Lokacija: Kitajska / Kanada
- Pregled:VRB Energy je hčerinsko podjetje kitajske državne korporacije za omrežno napajanje in se osredotoča na razvoj in komercializacijo VRFB-jev. Ponujajo obsežne rešitve za shranjevanje energije in so še posebej aktivni tako na kitajskem kot na mednarodnih trgih.
3. SUmitomo Electric Industries
- Lokacija: Japonska
- Pregled: Sumitomo je bil pomemben akter pri razvoju tehnologije vanadijevih redoks pretočnih baterij. Podjetje je razvilo lastne sisteme VRFB in jih implementiralo v različne projekte shranjevanja energije, zlasti na japonskem trgu.
- Lokacija: Združene države Amerike
- Pregled:Imergi Power Systems je specializirano podjetje za razvoj pretočnih baterij na osnovi vanadija za shranjevanje energije v omrežju. Podjetje se osredotoča na integracijo obnovljivih virov energije, kot sta sončna in vetrna energija, s shranjevanjem energije.
5. Sivens
- Lokacija:Francija
- Pregled: Sivens je francosko podjetje, ki se ukvarja s proizvodnjo VRFB sistemov za shranjevanje energije. Osredotočajo se na razvoj stroškovno učinkovitih in dolgotrajnih rešitev za shranjevanje energije za komercialne in industrijske aplikacije.
- Lokacija:Kanada
- Pregled: VanadiumCorp Resource Inc. je kanadsko rudarsko in tehnološko podjetje, ki se osredotoča na pridobivanje vanadija in razvoj tehnologije VRFB. Podjetje si prizadeva za izboljšanje učinkovitosti pridobivanja vanadija in razvoj novih aplikacij za VRFB.
7. Sistemi za shranjevanje energije (ESS, Inc.)
- Lokacija:Združene države Amerike
- Pregled:ESS Inc. je podjetje, osredotočeno na rešitve za dolgotrajno shranjevanje energije z uporabo tehnologije železovih pretočnih baterij, ki je podobna VRFB, vendar namesto vanadija uporablja železo. Ponujajo rešitve za shranjevanje energije velikega obsega, vendar je njihovo delo del rastočega trga pretočnih baterij.
8. Sistemi za shranjevanje energije CellCube
- Lokacija:Avstrija / Kanada
- Pregled: CellCube, hčerinsko podjetje podjetja Gildemeister Energy Storage, se osredotoča na proizvodnjo in uporabo vanadijevih redoks baterij za shranjevanje energije v omrežju. Podjetje je še posebej aktivno pri velikih projektih shranjevanja energije v Evropi in Severni Ameriki.
9. Rešitve za obnovljive vire energije (skupina RES)
- Lokacija: Združeno kraljestvo
- Pregled:Skupina RES, velik svetovni akter na področju obnovljivih virov energije, si prizadeva za integracijo vanadijevih pretočnih baterij v energetske sisteme kot del svojega cilja razvoja trajnostnih rešitev za shranjevanje energije v velikem obsegu za obnovljive vire energije.
- Lokacija:Kitajska
- Pregled: Pu Neng (PNT) je kitajsko podjetje, ki razvija in proizvaja vanadijeve redoks pretočne baterije za majhne in velike rešitve shranjevanja energije. Osredotočajo se na integracijo VRFB v sisteme obnovljivih virov energije.
Izzivi in prihodnje možnosti
Čeprav vanadijeve redoks baterije ponujajo obetavne prednosti, je treba obravnavati nekaj izzivov:
- ●Cena vanadijeve redoks baterije:Stroški vanadija in infrastrukture, potrebne za obsežne VFB sisteme, so lahko relativno visoki. Vendar pa se pričakuje, da se bodo stroški z razvojem tehnologije in povečanjem proizvodnje vanadija znižali.
- ●Gostota energije:Čeprav imajo VFB-ji odlične zmogljivosti dolgotrajnega delovanja, je njihova energijska gostota (količina shranjene energije na enoto prostornine ali teže) nižja kot pri litij-ionskih ali polprevodniških baterijah. Zaradi tega so lahko manj primerne za aplikacije, kjer sta prostor in teža ključnega pomena.
- ●Učinkovitost: Učinkovitost VFB-jev je sicer visoka, vendar je še vedno nekoliko nižja od učinkovitosti litij-ionskih baterij. Vendar pa se pričakuje, da bodo izboljšave materialov in zasnove sčasoma povečale učinkovitost.
Zaključek
Vanadijeva redoks pretočna baterija je inovativna in obetavna rešitev za shranjevanje energije s potencialom za revolucijo v sistemih za shranjevanje energije velikega obsega. Zaradi svoje skalabilnosti, dolge življenjske dobe, varnosti in okolju prijazne zasnove je privlačna možnost za shranjevanje v omrežju, integracijo obnovljivih virov energije in druge aplikacije za shranjevanje energije velikega obsega. Z razvojem tehnologije in zmanjšanjem stroškov bi lahko VFB igrali ključno vlogo v prihodnosti.trajnostno shranjevanje energije, kar pomaga ustvariti odpornejše in zanesljivejše energetsko omrežje.
Čas objave: 7. januar 2025