Vanadium Redox Flow Batterier (VFB)är en framväxande energilagringsteknik med betydande potential, särskilt inom storskaliga, långvariga lagringstillämpningar. Till skillnad från konventionellalagring av uppladdningsbart batteri, VFB:er använder en vanadinelektrolytlösning för både de positiva och negativa elektroderna, vilket gör dem unika i design och funktion.
Vad är ett vanadiumredoxflödesbatteri?
Devanadiumredoxbatteri (VRB), även känt som vanadiumflödesbatteri (VFB) eller vanadiumredoxflödesbatteri (VRFB), är en typ av uppladdningsbart flödesbatteri.
Den använder vanadinjoner i olika oxidationstillstånd för att lagra och frigöra elektrisk energi. Till skillnad från konventionella batterier lagrar VRFB:er energi i flytande elektrolyter som cirkulerar genom systemet snarare än i fasta elektroder. Denna design möjliggör skalbar och flexibelenergilagringslösningar.
Viktiga komponenter i ett vanadiumredoxflödesbatteri
| Nyckelkomponent | Beskrivning |
| Elektrolyter | - VRFB använder två flytande elektrolyter, vanligtvis innehållande vanadin i olika oxidationstillstånd (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ och V⁵⁺). |
| Elektroder | - Två elektroder (vanligtvis kol eller liknande material) underlättar redoxreaktionerna (reduktion och oxidation) för att frigöra eller lagra energi. |
| Membran | - Ett protonledande membran (ofta tillverkat av Nafion) separerar de två elektrolytlösningarna, vilket möjliggör jonflöde mellan de två sidorna under laddnings-/urladdningscykeln. |
| Pumpar och flödessystem | - Dessa komponenter cirkulerar elektrolyterna genom den elektrokemiska cellen, vilket säkerställer ett kontinuerligt flöde av vanadinjoner för energiomvandlingsprocessen. |
Hur fungerar ett vanadiumredoxflödesbatteri?
- 1. Urladdningscykel
- Under urladdning genomgår vanadinjoner i de positiva och negativa elektrolytlösningarna oxidations- och reduktionsreaktioner vid elektroderna, vilket frigör elektrisk energi.
- 2. Laddningscykel
- Under laddning lagras energi genom att oxidations- och reduktionsreaktionerna reverseras, vilket innebär att vanadinjonerna flyttas tillbaka till sina ursprungliga oxidationstillstånd. Denna process innebär att systemet appliceras på en extern ström.
- 3. Flödande elektrolyter
- Den viktigaste egenskapen hos flödesbatterier är användningen av flytande elektrolyter som pumpas genom systemet, vilket gör att batteriets kapacitet enkelt kan ökas genom att helt enkelt förstora storleken på elektrolyttankarna.
Fördelar med vanadiumredoxflödesbatterier
- √ Skalbarhet
VRFB:er kan enkelt skalas upp genom att öka storleken på elektrolyttankarna, vilket gör dem idealiska för storskaliga energilagringstillämpningar som nätbalansering och lagring av förnybar energi. - √ Lång livslängd
Vanadin bryts inte ner under cykling (eftersom samma material används för både positiva och negativa elektrolyter), vilket ger VRFB:er en längre livslängd jämfört med andra batterikemier.
Naturgy installerade detta vanadiumflödesbatteri i Zamora, Spanien.
- √Säkerhet
VRFB-batterier är relativt säkra eftersom elektrolyterna är icke-brandfarliga och giftfria. Den flytande formen minskar också risken för termisk rusning, vilket kan vara ett problem i vissa andra typer av batterier. - √ Effektivitet
VRFB:er kan ha tur-retur-verkningsgrader (procenten energi som återvinns under urladdning) som sträcker sig från 65 % till 85 %, beroende på design och driftsförhållanden. -
√ Energi- och kraftavkoppling
VRFB:er kan oberoende skala energikomponenterna (storleken på elektrolyttankarna) och effektkomponenterna (storleken på den elektrokemiska cellen), vilket ger dem flexibilitet för olika tillämpningar.
Användningsområden för vanadiumredoxflödesbatterier
Det containeriserade vanadiumflödesbatteriet på 1 MW och 4 MWh som ägs avAvista Utilities och tillverkad av UniEnergy Technologies.
- ⭐Nätlagring:VRFB:er är särskilt användbara för att lagra överskottsenergi från förnybara källor som vind och sol, och ger en buffert för att jämna ut dessa energikällors intermittenta förhållanden.
- ⭐Integrering av förnybar energi:De kan lagra energi när efterfrågan är låg och frigöra den under timmar med hög efterfrågan.
- ⭐Reservkraft:VRFB:er kan också användas för reservkraftsystem i kritisk infrastruktur.
Vanadium Redox Flow-batteri jämfört med litiumjonbatteri
| Särdrag | Vanadium Redox Flow Batteri (VFB) | |
| Säkerhet | Avsevärt säkrare tack vare vattenhaltiga elektrolytlösningar, ingen termisk rusning, bränder eller explosioner. | Kan utgöra säkerhetsrisker, inklusive termisk rusning, bränder eller explosioner om den skadas eller överhettas. |
| Skalbarhet | Lätt skalbar, vilket möjliggör modulär expansion lämplig för stora lagringsanläggningar (hundratals MWh). | Mindre skalbar; används vanligtvis i enheter med fast storlek, även om den kan skalas för vissa applikationer. |
| Initial kostnad | Högre initial investering jämfört med litiumjonbatterier. | Lägre initialkostnad jämfört med VFB:er. |
| Energitäthet | Lägre energitäthet (12–40 Wh/kg), vilket gör dem olämpliga för mobila applikationer som elbilar. | Högre energitäthet (80–300 Wh/kg), idealisk för mobila applikationer som elfordon. |
| Energiomvandlingseffektivitet | Lägre effektivitet (70–75 %) jämfört med litiumjonbatterier. | Högre effektivitet (90 %) tack vare effektivare laddnings-/urladdningscykler. |
| Livscykel | Extremt lång livslängd (>10 000 cykler, vissa överstiger 20 000 cykler). | Kortare livslängd (vanligtvis 1 000–3 000 cykler, beroende på batterityp och användning). |
| Livstidskostnader | Lägre kostnad per wattimme (Wh) över hela livscykeln. Mer miljövänlig med återvinningsbara vanadinelektrolyter. | Högre livstidskostnad per wattimme på grund av kortare livslängd och försämring över tid. |
| Kostnad per timme | För närvarande runt 0,30–0,40 dollar per Wh, mer kostnadseffektivt för långsiktig energilagring. | Vanligtvis 0,50 dollar per Wh, högre kostnad för långtidslagring på grund av kortare livslängd och snabbare nedbrytning. |
▲Vanadium Redox Flow Batterier (VFB) är mer lämpade för storskaliga, långvariga energilagringstillämpningar på grund av deras säkerhet, skalbarhet, långa livslängd och kostnadseffektivitet på lång sikt. Deras låga energitäthet och höga initialkostnad gör dem dock olämpliga för tillämpningar som elfordon.
▲ Litiumjonbatterier (Li-jon)används i större utsträckning för bärbara applikationer som elfordon på grund av deras högre energitäthet, men de medför säkerhetsrisker, kortare livslängd och högre långsiktiga kostnader jämfört med fritt framdrivna transformatorer.
Topp 10 företag för vanadiumbatterier
Det finns flera företag och organisationer världen över som arbetar med utveckling och kommersialisering av vanadiumredoxflödesbatterier (VRFB), med fokus påstorskaliga energilagringslösningarNågra viktiga aktörer på VRFB-marknaden inkluderar både etablerade företag och startups som specialiserar sig på denna teknik.
1. RedT Energy (nu Invinity Energy Systems)
- Plats: Storbritannien
- Översikt: RedT Energy slogs samman med HydroStar och bildade Invinity Energy Systems. De specialiserar sig på långvariga energilagringslösningar baserade på VRFB-teknik. Deras produkter riktar sig till industriella och nätbaserade energilagringsapplikationer.
2. VRB Energi
- Plats: Kina / Kanada
- Översikt:VRB Energy är ett dotterbolag till Kinas State Grid Corporation och fokuserar på utveckling och kommersialisering av VRFB:er. De erbjuder storskaliga energilagringslösningar och är särskilt aktiva på både Kina och internationella marknader.
3. SUmitomo Electric Industries
- Plats: Japan
- Översikt: Sumitomo har varit en betydande aktör i utvecklingen av Vanadium Redox Flow Battery-teknik. Företaget har utvecklat sina egna VRFB-system och implementerat dem i olika energilagringsprojekt, särskilt på den japanska marknaden.
- Plats: Förenta staterna
- Översikt:Imergy Power Systems specialiserar sig på att utveckla vanadinbaserade flödesbatterier för energilagring i nätskala. Företaget fokuserar på att integrera förnybara energikällor som sol och vind med energilagring.
5. Sivens
- Plats:Frankrike
- Översikt: Sivens är ett franskt företag som tillverkar VRFB-system för energilagring. De fokuserar på att utveckla kostnadseffektiva och långvariga energilagringslösningar för både kommersiella och industriella tillämpningar.
- Plats:Kanada
- Översikt: VanadiumCorp Resource Inc. är ett kanadensiskt gruv- och teknikföretag som fokuserar på utvinning av vanadin och utveckling av VRFB-teknik. Företaget arbetar med att förbättra effektiviteten i vanadinutvinning och utveckla nya tillämpningar för VRFB.
7. Energilagringssystem (ESS, Inc.)
- Plats:Förenta staterna
- Översikt:ESS Inc. är ett företag som fokuserar på långvariga energilagringslösningar med hjälp av järnflödesbatteriteknik, vilket liknar VRFB men använder järn istället för vanadin. De tillhandahåller storskaliga energilagringslösningar, men deras arbete är en del av den växande marknaden för flödesbatterier.
8. CellCube energilagringssystem
- Plats:Österrike / Kanada
- Översikt: CellCube, ett dotterbolag till Gildemeister Energy Storage, fokuserar på tillverkning och driftsättning av vanadiumredoxbatterier för lagring i elnätet. Företaget är särskilt involverat i storskaliga energilagringsprojekt i Europa och Nordamerika.
9. Förnybara energilösningar (RES Group)
- Plats: Storbritannien
- Översikt:RES Group, en stor global aktör inom förnybar energi, arbetar med att integrera vanadiumbatterier i energisystem som en del av sitt mål att utveckla hållbara, storskaliga energilagringslösningar för förnybar energi.
- Plats:Kina
- Översikt: Pu Neng (PNT) är ett kinesiskt företag som utvecklar och tillverkar vanadiumredoxflödesbatterier för både små och storskaliga energilagringslösningar. De fokuserar på att integrera VRB:er i förnybara energisystem.
Utmaningar och framtidsutsikter
Även om vanadiumredoxbatterier erbjuder lovande fördelar, finns det vissa utmaningar som måste åtgärdas:
- ●Pris för vanadiumredoxbatteri:Kostnaden för vanadin och den infrastruktur som krävs för storskaliga VFB-system kan vara relativt hög. Men i takt med att tekniken mognar och vanadinproduktionen skalas upp förväntas kostnaderna minska.
- ●Energitäthet:Även om frekvensomvandlare har utmärkta långlivade egenskaper, är deras energitäthet (mängden energi som lagras per volym- eller viktenhet) lägre än för litiumjon- eller solid state-batterier. Detta kan göra dem mindre lämpliga för tillämpningar där utrymme och vikt är avgörande.
- ●Effektivitet: Effektiviteten hos frekvensomvandlare (VFB) är visserligen hög, men fortfarande något lägre än hos litiumjonbatterier. Förbättringar av material och design förväntas dock öka effektiviteten över tid.
Slutsats
Vanadium Redox Flow-batteriet är en innovativ och lovande energilagringslösning med potential att revolutionera storskaliga energilagringssystem. Dess skalbarhet, långa livslängd, säkerhet och miljövänliga design gör det till ett attraktivt alternativ för nätlagring, integration av förnybar energi och andra storskaliga energilagringsapplikationer. Allt eftersom tekniken mognar och kostnadsminskningar realiseras kan fritt framtida flödesbatterier spela en nyckelroll i framtidens...hållbar energilagring, vilket bidrar till att skapa ett mer motståndskraftigt och tillförlitligt energinät.
Publiceringstid: 7 januari 2025