Ванадієві окисно-відновні проточні батареї (VFB)є новою технологією накопичення енергії зі значним потенціалом, особливо у великомасштабних застосуваннях для тривалого зберігання. На відміну від традиційнихакумуляторне зберіганняВ VFB використовується розчин ванадієвого електроліту як для позитивного, так і для негативного електродів, що робить їх унікальними за конструкцією та роботою.
Що таке ванадієвий окисно-відновний акумулятор?
Theванадієва окисно-відновна батарея (VRB), також відома як ванадієва проточна батарея (VFB) або ванадієва окисно-відновна проточна батарея (VRFB), — це тип проточної батареї, що перезаряджається.
Він використовує іони ванадію в різних ступенях окислення для зберігання та вивільнення електричної енергії. На відміну від звичайних акумуляторів, VRFB зберігають енергію в рідких електролітах, які циркулюють по системі, а не в твердих електродах. Така конструкція забезпечує масштабованість та гнучкість.рішення для зберігання енергії.
Ключові компоненти ванадієвої окисно-відновної проточної батареї
| Ключовий компонент | Опис |
| Електроліти | - VRFB використовує два рідких електроліти, які зазвичай містять ванадій у різних ступенях окислення (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ та V⁵⁺). |
| Електроди | - Два електроди (зазвичай вуглецеві або подібні матеріали) сприяють окисно-відновним реакціям (відновленню та окисленню) для вивільнення або накопичення енергії. |
| Мембрана | - Протонопровідна мембрана (часто виготовлена з Nafion) розділяє два розчини електроліту, забезпечуючи потік іонів між двома сторонами під час циклу заряду/розряду. |
| Насоси та система потоку | - Ці компоненти циркулюють електроліти через електрохімічну комірку, забезпечуючи безперервний потік іонів ванадію для процесу перетворення енергії. |
Як працює ванадієва окисно-відновна проточна батарея?
- 1. Цикл розрядки
- Під час розряду іони ванадію в розчинах позитивного та негативного електролітів зазнають реакцій окислення та відновлення на електродах, вивільняючи електричну енергію.
- 2. Цикл заряджання
- Під час заряджання енергія накопичується шляхом зворотного протікання реакцій окислення та відновлення, переміщуючи іони ванадію назад до їхніх початкових станів окислення. Цей процес передбачає подачу зовнішнього струму до системи.
- 3. Поточні електроліти
- Ключовою характеристикою проточних акумуляторів є використання рідких електролітів, які прокачуються через систему, що дозволяє легко збільшити ємність акумулятора, просто збільшивши розмір резервуарів для зберігання електроліту.
Переваги ванадієвих окисно-відновних акумуляторів
- √ Масштабованість
VRFB можна легко масштабувати, збільшуючи розмір резервуарів для електроліту, що робить їх ідеальними для великомасштабних застосувань накопичення енергії, таких як балансування мережі та накопичення відновлюваної енергії. - √ Тривалий термін служби
Ванадій не руйнується під час циклічного розряду/зарядки (оскільки він виготовлений з одного й того ж матеріалу як для позитивних, так і для негативних електролітів), що забезпечує VRFB довший термін служби порівняно з іншими хімічними типами акумуляторів.
Компанія Naturgy розгорнула цю проточну ванадієву батарею в Саморі, Іспанія.
- √Безпека
Вертикально-реактивні акумулятори (VRFB) є відносно безпечними, оскільки електроліти негорючі та нетоксичні. Рідка форма також зменшує ризик теплового розриву, що може бути проблемою для деяких інших типів акумуляторів. - √ Ефективність
ККД VRFB (відсоток енергії, що відновлюється під час розрядки) може становити від 65% до 85%, залежно від конструкції та умов експлуатації. -
√ Розділення енергії та потужності
VRFB можуть незалежно масштабувати енергетичні (розмір резервуарів для електроліту) та потужні (розмір електрохімічної комірки) компоненти, що надає їм гнучкості для різних застосувань.
Застосування ванадієвих окисно-відновних акумуляторів
Контейнерна проточна ванадієва батарея потужністю 1 МВт/4 МВт·год, що належитьAvista Utilities та виготовлено UniEnergy Technologies.
- ⭐Сховище мережі:Вертикально-рекуперативні баки (VRFB) особливо корисні для зберігання надлишкової енергії з відновлюваних джерел, таких як вітер та сонце, забезпечуючи буфер для згладжування нестабільності цих джерел енергії.
- ⭐Інтеграція відновлюваної енергетики:Вони можуть накопичувати енергію, коли попит низький, і вивільняти її в години пікового навантаження.
- ⭐Резервне живлення:VRFB також можуть використовуватися для резервних систем живлення в критично важливих об'єктах інфраструктури.
Ванадієва окисно-відновна батарея проти літій-іонної батареї
| Функція | Ванадієва окисно-відновна проточна батарея (VFB) | |
| Безпека | За своєю суттю безпечніший завдяки водним розчинам електролітів, відсутності теплового виходу, пожеж або вибухів. | Може становити загрозу безпеці, включаючи теплову втечу, пожежі або вибухи у разі пошкодження або перегріву. |
| Масштабованість | Легко масштабується, що дозволяє модульне розширення, що підходить для великих сховищ (сотні МВт·год). | Менш масштабований; зазвичай використовується в одиницях фіксованого розміру, хоча для деяких застосувань його можна масштабувати. |
| Початкова вартість | Більші початкові інвестиції порівняно з літій-іонними акумуляторами. | Нижчі початкові витрати порівняно з VFB. |
| Щільність енергії | Нижча щільність енергії (12-40 Вт·год/кг), що робить їх непридатними для мобільних застосувань, таких як електромобілі. | Вища щільність енергії (80-300 Вт·год/кг), ідеально підходить для мобільних застосувань, таких як електромобілі (EV). |
| Ефективність перетворення енергії | Нижчий ККД (70-75%) порівняно з літій-іонними акумуляторами. | Вища ефективність (90%) завдяки ефективнішим циклам заряду/розряду. |
| Життєвий цикл | Надзвичайно довгий термін служби (>10 000 циклів, деякі з них перевищують 20 000 циклів). | Коротший термін служби (зазвичай 1000-3000 циклів, залежно від типу батареї та використання). |
| Витрати протягом життя | Нижча вартість за ват-годину (Вт·год) протягом усього життєвого циклу. Більш екологічний завдяки перероблюваним ванадієвим електролітам. | Вища вартість ват-години протягом усього терміну служби через коротший термін служби та деградацію з часом. |
| Вартість за Вт⋅год | Наразі близько 0,30-0,40 доларів за Вт·год, що є більш економічно вигідним для довгострокового зберігання енергії. | Зазвичай $0,50 за Вт·год, вища вартість для тривалого зберігання через коротший термін служби та швидшу деградацію. |
▲Ванадієві окисно-відновні проточні батареї (VFB) більше підходять для великомасштабних застосувань довготривалого зберігання енергії завдяки своїй безпеці, масштабованості, тривалому терміну служби та економічній ефективності в довгостроковій перспективі. Однак їхня низька щільність енергії та висока початкова вартість роблять їх непридатними для таких застосувань, як електромобілі.
▲ Літій-іонні акумулятори (Li-ion)ширше використовуються для портативних застосувань, таких як електромобілі, через їхню вищу щільність енергії, але вони пов'язані з ризиками для безпеки, коротшим терміном служби та вищими довгостроковими витратами порівняно з VFB.
10 найкращих компаній з виробництва ванадієвих проточних акумуляторів
Кілька компаній та організацій по всьому світу працюють над розробкою та комерціалізацією ванадієвих окисно-відновних проточних акумуляторів (VRFB), зосереджуючись на...великомасштабні рішення для зберігання енергіїСеред ключових гравців на ринку VRFB є як відомі компанії, так і стартапи, що спеціалізуються на цій технології.
1. RedT Energy (тепер Invinity Energy Systems)
- Місцезнаходження: Велика Британія
- Огляд: RedT Energy об'єдналася з HydroStar, утворивши Invinity Energy Systems. Вони спеціалізуються на рішеннях для тривалого зберігання енергії на основі технології VRFB. Їхня продукція спрямована на промислові та мережеві застосування для зберігання енергії.
2. VRB Energy
- Місцезнаходження: Китай / Канада
- Огляд:VRB Energy є дочірньою компанією Китайської державної мережевої корпорації та спеціалізується на розробці та комерціалізації VRFB. Вони пропонують масштабні рішення для зберігання енергії та особливо активні як на китайському, так і на міжнародному ринках.
3. SUmitomo Electric Industries
- Місцезнаходження: Японія
- Огляд: Компанія Sumitomo відіграла значну роль у розвитку технології проточних ванадієвих окисно-відновних акумуляторів. Компанія розробила власні системи VRFB та впровадила їх у різні проекти накопичення енергії, зокрема на японському ринку.
- Місцезнаходження: Сполучені Штати
- Огляд:Компанія Imergi Power Systems спеціалізується на розробці проточних акумуляторів на основі ванадію для накопичення енергії в масштабах мережі. Компанія зосереджена на інтеграції відновлюваних джерел енергії, таких як сонячна та вітрова, з накопиченням енергії.
5. Сівенс
- Місцезнаходження:Франція
- Огляд: Sivens – французька компанія, що займається виробництвом систем VRFB для накопичення енергії. Вони зосереджені на розробці економічно ефективних та довговічних рішень для накопичення енергії як для комерційного, так і для промислового застосування.
- Місцезнаходження:Канада
- Огляд: VanadiumCorp Resource Inc. – канадська гірничодобувна та технологічна компанія, що спеціалізується на видобутку ванадію та розробці технології VRFB. Компанія працює над підвищенням ефективності видобутку ванадію та розробкою нових застосувань для VRFB.
7. Системи накопичення енергії (ESS, Inc.)
- Місцезнаходження:Сполучені Штати
- Огляд:ESS Inc. – це компанія, що спеціалізується на рішеннях для тривалого зберігання енергії з використанням технології проточних залізних акумуляторів, яка схожа на VRFB, але використовує залізо замість ванадію. Вони пропонують великомасштабні рішення для зберігання енергії, але їхня робота є частиною зростаючого ринку проточних акумуляторів.
8. Системи накопичення енергії CellCube
- Місцезнаходження:Австрія / Канада
- Огляд: CellCube, дочірня компанія Gildemeister Energy Storage, спеціалізується на виробництві та впровадженні ванадієвих окисно-відновних акумуляторів для зберігання енергії в масштабах мережі. Компанія бере участь у великомасштабних проектах зберігання енергії в Європі та Північній Америці.
9. Рішення з відновлюваної енергетики (RES Group)
- Місцезнаходження: Велика Британія
- Огляд:RES Group, великий світовий гравець у сфері відновлюваної енергетики, працює над інтеграцією ванадієвих проточних акумуляторів в енергетичні системи в рамках своєї мети з розробки стійких, великомасштабних рішень для зберігання енергії з відновлюваних джерел енергії.
- Місцезнаходження:Китай
- Огляд: Pu Neng (PNT) – китайська компанія, яка розробляє та виробляє ванадієві окисно-відновні акумулятори (ВОАК) для малих та великих систем зберігання енергії. Вони зосереджені на інтеграції вібраційних окисно-відновних акумуляторів (ВРБА) у системи відновлюваної енергетики.
Виклики та майбутні перспективи
Хоча ванадієві окисно-відновні акумулятори пропонують багатообіцяючі переваги, є деякі проблеми, які необхідно вирішити:
- ●Ціна ванадієвої окисно-відновної батареї:Вартість ванадію та інфраструктури, необхідної для великомасштабних систем VFB, може бути відносно високою. Однак, оскільки технології розвиваються, а виробництво ванадію масштабується, очікується, що витрати знизяться.
- ●Щільність енергії:Хоча VFB мають чудові можливості тривалої роботи, їхня щільність енергії (кількість енергії, що зберігається на одиницю об'єму або ваги) нижча, ніж у літій-іонних або твердотільних акумуляторів. Це може зробити їх менш придатними для застосувань, де критично важливі простір і вага.
- ●Ефективність: Ефективність VFB, хоча й висока, все ще дещо нижча, ніж у літій-іонних акумуляторів. Однак очікується, що вдосконалення матеріалів та конструкції з часом підвищить ефективність.
Висновок
Ванадієво-відновна проточна батарея (Vanadium Redox Flow Battery) – це інноваційне та перспективне рішення для накопичення енергії, яке може революціонізувати великомасштабні системи накопичення енергії. Її масштабованість, тривалий термін служби, безпека та екологічно чиста конструкція роблять її привабливим варіантом для мережевого накопичення енергії, інтеграції відновлюваних джерел енергії та інших великомасштабних застосувань накопичення енергії. У міру розвитку технології та зниження витрат, часто використовувані окисно-відновні батареї (VFB) можуть відігравати ключову роль у майбутньому...стале зберігання енергії, що допомагає створити більш стійку та надійну енергомережу.
Час публікації: 07 січня 2025 р.