Pin dòng chảy Vanadi Redox (VFB)là một công nghệ lưu trữ năng lượng mới nổi có tiềm năng đáng kể, đặc biệt là trong các ứng dụng lưu trữ quy mô lớn, thời gian dài. Không giống như thông thườnglưu trữ pin sạcVFB sử dụng dung dịch điện phân vanadi cho cả điện cực dương và âm, khiến chúng có thiết kế và hoạt động độc đáo.
Pin dòng chảy Vanadi Redox là gì?
Cácpin oxy hóa khử vanadi (VRB), còn được gọi là pin dòng chảy vanadi (VFB) hoặc pin dòng chảy vanadi redox (VRFB), là một loại pin dòng chảy có thể sạc lại.
Nó sử dụng các ion vanadi ở nhiều trạng thái oxy hóa khác nhau để lưu trữ và giải phóng năng lượng điện. Không giống như pin thông thường, VRFB lưu trữ năng lượng trong chất điện phân lỏng lưu thông qua hệ thống thay vì trong các điện cực rắn. Thiết kế này cho phép mở rộng và linh hoạtgiải pháp lưu trữ năng lượng.
Các thành phần chính của Pin dòng chảy Vanadi Redox
| Thành phần chính | Sự miêu tả |
| Chất điện giải | - VRFB sử dụng hai chất điện phân lỏng, thường chứa vanadi ở các trạng thái oxy hóa khác nhau (V²⁺, V³⁺, V⁴⁺ và V⁵⁺). |
| Điện cực | - Hai điện cực (thường là cacbon hoặc vật liệu tương tự) tạo điều kiện cho các phản ứng oxy hóa khử (khử và oxy hóa) giải phóng hoặc lưu trữ năng lượng. |
| Màng | - Màng dẫn proton (thường được làm bằng Nafion) ngăn cách hai dung dịch điện phân, cho phép ion chảy giữa hai bên trong chu kỳ sạc/xả. |
| Hệ thống bơm và lưu lượng | - Các thành phần này làm tuần hoàn chất điện phân qua bình điện hóa, đảm bảo dòng ion vanadi liên tục chảy qua quá trình chuyển đổi năng lượng. |
Pin dòng chảy Vanadi Redox hoạt động như thế nào?
- 1. Chu kỳ xả
- Trong quá trình xả, các ion vanadi trong dung dịch điện phân dương và âm trải qua phản ứng oxy hóa và khử ở điện cực, giải phóng năng lượng điện.
- 2. Chu kỳ sạc
- Trong quá trình sạc, năng lượng được lưu trữ bằng cách đảo ngược phản ứng oxy hóa và khử, đưa các ion vanadi trở lại trạng thái oxy hóa ban đầu của chúng. Quá trình này bao gồm việc áp dụng dòng điện bên ngoài vào hệ thống.
- 3. Chất điện giải chảy
- Đặc điểm chính của pin lưu lượng là sử dụng chất điện phân dạng lỏng được bơm qua hệ thống, cho phép dễ dàng tăng dung lượng của pin bằng cách chỉ cần mở rộng kích thước của bình chứa chất điện phân.
Ưu điểm của Pin dòng chảy Vanadi Redox
- √ Khả năng mở rộng
VRFB có thể dễ dàng mở rộng quy mô bằng cách tăng kích thước bình điện phân, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô lớn như cân bằng lưới điện và lưu trữ năng lượng tái tạo. - √ Chu kỳ sống dài
Vanadi không bị phân hủy trong quá trình sạc (vì nó sử dụng cùng một vật liệu cho cả chất điện phân dương và âm), giúp VRFB có tuổi thọ hoạt động dài hơn so với các loại pin hóa học khác.
Naturge đã triển khai pin dòng chảy vanadi này ở Zamora, Tây Ban Nha.
- √Sự an toàn
VRFB tương đối an toàn vì chất điện phân không bắt lửa và không độc hại. Dạng lỏng cũng làm giảm nguy cơ mất kiểm soát nhiệt, có thể là mối lo ngại ở một số loại pin khác. - √ Hiệu quả
VRFB có thể có hiệu suất khứ hồi (phần trăm năng lượng thu hồi được trong quá trình xả) từ 65% đến 85%, tùy thuộc vào thiết kế và điều kiện vận hành. -
√ Tách năng lượng và điện năng
VRFB có thể tự động điều chỉnh các thành phần năng lượng (kích thước của bình điện phân) và công suất (kích thước của pin điện hóa), giúp chúng linh hoạt cho các ứng dụng khác nhau.
Ứng dụng của Pin dòng chảy Vanadi Redox
Pin lưu lượng vanadi 1 MW 4 MWh được chứa trong container thuộc sở hữu củaAvista Utilities và được sản xuất bởi UniEnergy Technologies.
- ⭐Lưu trữ dạng lưới:VRFB đặc biệt hữu ích trong việc lưu trữ năng lượng dư thừa từ các nguồn tái tạo như gió và mặt trời, tạo ra vùng đệm giúp cân bằng sự không liên tục của các nguồn năng lượng này.
- ⭐Tích hợp năng lượng tái tạo:Chúng có thể lưu trữ năng lượng khi nhu cầu thấp và giải phóng năng lượng vào những giờ cao điểm.
- ⭐Nguồn điện dự phòng:VRFB cũng có thể được sử dụng cho hệ thống điện dự phòng trong cơ sở hạ tầng quan trọng.
Pin lưu lượng Vanadi Redox so với Pin Lithium Ion
| Tính năng | Pin dòng chảy Vanadi Redox (VFB) | |
| Sự an toàn | An toàn hơn hẳn do sử dụng dung dịch điện phân dạng nước, không bị thoát nhiệt, cháy nổ. | Có thể gây ra rủi ro về an toàn, bao gồm sự mất ổn định nhiệt, hỏa hoạn hoặc nổ nếu bị hư hỏng hoặc quá nhiệt. |
| Khả năng mở rộng | Có khả năng mở rộng dễ dàng, cho phép mở rộng theo mô-đun phù hợp với các cơ sở lưu trữ lớn (hàng trăm MWh). | Ít có khả năng mở rộng; thường được sử dụng trong các đơn vị có kích thước cố định, mặc dù có thể mở rộng cho một số ứng dụng. |
| Chi phí ban đầu | Đầu tư ban đầu cao hơn so với pin Li-ion. | Chi phí trả trước thấp hơn so với VFB. |
| Mật độ năng lượng | Mật độ năng lượng thấp hơn (12-40 Wh/kg), khiến chúng không phù hợp cho các ứng dụng di động như EV. | Mật độ năng lượng cao hơn (80-300 Wh/kg), lý tưởng cho các ứng dụng di động như xe điện (EV). |
| Hiệu suất chuyển đổi năng lượng | Hiệu suất thấp hơn (70-75%) so với pin Li-ion. | Hiệu suất cao hơn (90%) do chu kỳ sạc/xả hiệu quả hơn. |
| Chu kỳ cuộc sống | Tuổi thọ cực kỳ dài (>10.000 chu kỳ, một số vượt quá 20.000 chu kỳ). | Tuổi thọ chu kỳ ngắn hơn (thường là 1.000-3.000 chu kỳ, tùy thuộc vào loại pin và cách sử dụng). |
| Chi phí trọn đời | Chi phí thấp hơn cho mỗi Watt-giờ (Wh) trong toàn bộ vòng đời. Thân thiện hơn với môi trường nhờ chất điện phân vanadi có thể tái chế. | Chi phí trọn đời cho mỗi watt-giờ cao hơn do vòng đời ngắn hơn và suy giảm theo thời gian. |
| Chi phí cho mỗi Wh | Hiện tại vào khoảng 0,30-0,40 đô la cho mỗi Wh, tiết kiệm chi phí hơn cho việc lưu trữ năng lượng lâu dài. | Thông thường là 0,50 đô la một Wh, chi phí lưu trữ dài hạn cao hơn do vòng đời chu kỳ ngắn hơn và tốc độ xuống cấp nhanh hơn. |
▲Pin dòng chảy Vanadi Redox (VFB) phù hợp hơn cho các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô lớn, dài hạn do tính an toàn, khả năng mở rộng, vòng đời dài và hiệu quả về chi phí trong dài hạn. Tuy nhiên, mật độ năng lượng thấp và chi phí ban đầu cao khiến chúng không phù hợp cho các ứng dụng như xe điện.
▲ Pin Lithium-ion (Li-ion)được sử dụng rộng rãi hơn cho các ứng dụng di động như xe điện do mật độ năng lượng cao hơn, nhưng chúng có nguy cơ mất an toàn, vòng đời ngắn hơn và chi phí dài hạn cao hơn so với VFB.
10 công ty sản xuất pin Vanadi Flow hàng đầu
Có một số công ty và tổ chức trên toàn thế giới đang làm việc để phát triển và thương mại hóa Pin dòng chảy Vanadi Redox (VRFB), tập trung vàogiải pháp lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Một số công ty chủ chốt trên thị trường VRFB bao gồm cả các công ty đã thành danh và các công ty khởi nghiệp chuyên về công nghệ này.
1. RedT Energy (nay là Invinity Energy Systems)
- Vị trí: Vương quốc Anh
- Tổng quan: RedT Energy đã sáp nhập với HydroStar để thành lập Invinity Energy Systems. Họ chuyên về các giải pháp lưu trữ năng lượng dài hạn dựa trên công nghệ VRFB. Các sản phẩm của họ hướng đến các ứng dụng lưu trữ năng lượng công nghiệp và quy mô lưới điện.
- Vị trí: Trung Quốc / Canada
- Tổng quan:VRB Energy là công ty con của Tổng công ty Lưới điện Nhà nước Trung Quốc và tập trung vào việc phát triển và thương mại hóa VRFB. Họ cung cấp các giải pháp lưu trữ năng lượng quy mô lớn và đặc biệt tích cực hoạt động ở cả thị trường Trung Quốc và quốc tế.
3. SCông ty TNHH Điện tử Umitomo
- Vị trí: Nhật Bản
- Tổng quan: Sumitomo là một đơn vị quan trọng trong việc phát triển công nghệ Pin dòng chảy Vanadi Redox. Công ty đã phát triển các hệ thống VRFB của riêng mình và đã triển khai chúng trong nhiều dự án lưu trữ năng lượng khác nhau, đặc biệt là tại thị trường Nhật Bản.
- Vị trí: Hoa Kỳ
- Tổng quan:Imergy Power Systems chuyên phát triển pin dòng chảy dựa trên vanadi để lưu trữ năng lượng quy mô lưới điện. Công ty tập trung vào việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió với lưu trữ năng lượng.
5. Người Siven
- Vị trí:Pháp
- Tổng quan: Sivens là một công ty Pháp tham gia sản xuất hệ thống VRFB để lưu trữ năng lượng. Họ tập trung vào việc phát triển các giải pháp lưu trữ năng lượng hiệu quả về chi phí, lâu dài cho cả ứng dụng thương mại và công nghiệp.
6. Công ty TNHH Tài nguyên VanadiumCorp
- Vị trí:Canada
- Tổng quan: VanadiumCorp Resource Inc. là một công ty khai thác và công nghệ của Canada tập trung vào việc khai thác vanadi và phát triển công nghệ VRFB. Công ty đang nỗ lực cải thiện hiệu quả khai thác vanadi và phát triển các ứng dụng mới cho VRFB.
7. Hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS, Inc.)
- Vị trí:Hoa Kỳ
- Tổng quan:ESS Inc. là một công ty tập trung vào các giải pháp lưu trữ năng lượng dài hạn sử dụng công nghệ pin dòng chảy sắt, tương tự như VRFB nhưng sử dụng sắt thay vì vanadi. Họ cung cấp các giải pháp lưu trữ năng lượng quy mô lớn, nhưng công việc của họ là một phần của thị trường pin dòng chảy đang phát triển.
8. Hệ thống lưu trữ năng lượng CellCube
- Vị trí:Áo / Canada
- Tổng quan: CellCube, một công ty con của Gildemeister Energy Storage, tập trung vào sản xuất và triển khai Pin Vanadi Redox Flow để lưu trữ trên lưới điện. Công ty đặc biệt tham gia vào các dự án lưu trữ năng lượng quy mô lớn ở Châu Âu và Bắc Mỹ.
9. Giải pháp năng lượng tái tạo (RES Group)
- Vị trí: Vương quốc Anh
- Tổng quan:RES Group, một công ty năng lượng tái tạo toàn cầu lớn, đang nghiên cứu tích hợp pin dòng chảy vanadi vào hệ thống năng lượng như một phần trong mục tiêu phát triển các giải pháp lưu trữ năng lượng bền vững, quy mô lớn cho năng lượng tái tạo.
- Vị trí:Trung Quốc
- Tổng quan: Pu Neng (PNT) là một công ty Trung Quốc phát triển và sản xuất Pin dòng chảy Vanadi Redox cho cả giải pháp lưu trữ năng lượng quy mô nhỏ và lớn. Họ tập trung vào việc tích hợp VRFB vào hệ thống năng lượng tái tạo.
Thách thức và triển vọng tương lai
Mặc dù Pin dòng chảy Vanadi Redox mang lại nhiều lợi thế hứa hẹn nhưng vẫn có một số thách thức cần được giải quyết:
- ●Giá pin dòng chảy Vanadi Redox:Chi phí vanadi và cơ sở hạ tầng cần thiết cho các hệ thống VFB quy mô lớn có thể tương đối cao. Tuy nhiên, khi công nghệ phát triển và sản xuất vanadi mở rộng, chi phí dự kiến sẽ giảm.
- ●Mật độ năng lượng:Trong khi VFB có khả năng hoạt động lâu dài tuyệt vời, mật độ năng lượng của chúng (lượng năng lượng được lưu trữ trên một đơn vị thể tích hoặc trọng lượng) lại thấp hơn so với pin lithium-ion hoặc pin thể rắn. Điều này có thể khiến chúng ít phù hợp hơn với các ứng dụng đòi hỏi không gian và trọng lượng lớn.
- ●Hiệu quả: Hiệu suất của VFB, mặc dù cao, vẫn thấp hơn một chút so với pin lithium-ion. Tuy nhiên, những cải tiến về vật liệu và thiết kế dự kiến sẽ nâng cao hiệu suất theo thời gian.
Phần kết luận
Pin Vanadium Redox Flow là giải pháp lưu trữ năng lượng sáng tạo và đầy hứa hẹn với tiềm năng cách mạng hóa các hệ thống lưu trữ năng lượng quy mô lớn. Khả năng mở rộng, tuổi thọ chu kỳ dài, an toàn và thiết kế thân thiện với môi trường khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho lưu trữ lưới điện, tích hợp năng lượng tái tạo và các ứng dụng lưu trữ năng lượng quy mô lớn khác. Khi công nghệ phát triển và chi phí giảm, VFB có thể đóng vai trò quan trọng trong tương lai củalưu trữ năng lượng bền vững, giúp tạo ra mạng lưới năng lượng đáng tin cậy và bền vững hơn.
Thời gian đăng: 07-01-2025