Nieuwe richting voor energieopslag op lange termijn: Vanadium flow-batterij

Nieuwe richting voor energieopslag op lange termijn: Vanadium flow-batterij

De vanadiumflowbatterij is een redoxbatterij met vanadium als medium. De volledige naam is Vanadium Redox Flow-batterij (VFB), dat in 1985 werd voorgesteld door Marria Kacos van de Universiteit van New South Wales, Australië. Het energieopslagsysteem met vanadiumbatterijen heeft een hoge energieopslagefficiëntie en kan op grote schaal worden gebruikt in de energieopslag van energiecentrales. Het kan overtollige elektriciteit onder lage belasting opslaan en elektriciteit in het elektriciteitsnet invoeren als hulpstroombron onder hoge belasting, waardoor energieverspilling wordt verminderd.

Vanadiumbatterijen kunnen energie lange tijd opslaan. Wanneer zich een noodsituatie voordoet, kan de opgeslagen elektrolyt onmiddellijk in gebruik worden genomen, wat veel sneller is dan apparaten voor het opwekken van noodstroom. Het kan worden gebruikt als noodstroomvoorziening na een stroomstoring. Omdat intermitterende energiebronnen zoals wind- en fotovoltaïsche energie een slechte stabiliteit van de energieopwekking, spanningsschommelingen en flikkeringen hebben, en geen stabiele stroomvoorziening kunnen vormen, is een zeer efficiënt en goedkoop energieopslagsysteem nodig om ermee samen te werken. Vanadiumbatterijen voldoen precies aan deze eis en hebben een instelbare opslagenergie, een eenvoudig te monitoren capaciteit en laadstatus en een flexibele aanpassing van het laad- en ontlaadvermogen aan de hand van de behoeften.

Vanadiumbatterijen hebben een lage zelfontlading en een hoge specifieke energie, en kunnen worden gebruikt om grootschalige vanadiumbatterijcentrales te bouwen, waardoor de vraag naar de installatie van transmissieapparatuur over lange afstanden aanzienlijk wordt verminderd. Ze hebben een zeer superieure economische efficiëntie en verminderen de veiligheidsrisico's die worden veroorzaakt door een groot aantal hoogspanningstransmissieapparatuur.

Vanadium flow-batterij heeft de volgende voordelen:
Configuratieflexibiliteit. De vanadiumbatterij heeft een flexibel ontwerp. Het uitgangsvermogen van de batterij wordt bepaald door de grootte van de batterijstapel. Het vergroten van het aantal afzonderlijke cellen en het effectieve oppervlak kan het vermogen van de batterijstapel vergroten. De capaciteit van de accu wordt bepaald door de hoeveelheid elektrolyt. Het verhogen van het volume en de concentratie van de elektrolyt kan de batterijcapaciteit vergroten. Het vermogen en de capaciteit kunnen worden aangepast aan de belastingsgrootte van verschillende toepassingslocaties en velden. Voor grootschalige nieuwe energiecentrales kan het vergroten van de energieopslagcapaciteit de genivelleerde kosten per kilowattuur verlagen.

Lange levensduur van de batterij. De vanadiumbatterij heeft een cyclusaantal van ruim 13.000 keer en een levensduur van ruim 20 jaar. Diep opladen en diep ontladen van het systeem heeft geen invloed op de prestaties van de batterij, en de systeemontladingsdiepte (DOD) is ≥90%. Opladen en ontladen met een snelle en hoge stroomdichtheid zal de batterij niet beschadigen.

Hoge veiligheid. Vanadiumbatterijen zijn op water gebaseerde systemen die vrijwel geen thermisch beheer vereisen, vrij zijn van explosie- en brandgevaren en zijn uitgerust met lekvrije voorzieningen om elektrolytlekkage te voorkomen.

Milieuvriendelijk. De positieve en negatieve elektrolyten van vanadiumbatterijen komen niet rechtstreeks met elkaar in contact, kunnen voor onbepaalde tijd worden gerecycled en zullen het milieu niet vervuilen. De elektroden in de materialen van de batterijstapel zijn gemaakt van koolstof/grafietvilt, en de bipolaire platen zijn meestal gemaakt van grafiet- of koolstofmaterialen, die na sloop het milieu niet zullen vervuilen. Andere materialen zijn meestal polymeermaterialen en kunnen worden gerecycled.

Lage levenscycluskosten. Vanadiumbatterijen vereisen een grote initiële investering en de materiaalkosten vertegenwoordigen een groot deel, dus de investeringskosten per eenheid zijn hoger dan die van lithiumbatterijen, maar ze hebben het voordeel van duurzaamheid. Vanuit het perspectief van de levenscycluskosten zijn de constructiekosten van vanadiumstroombatterijen veel lager dan die van loodzuurbatterijen en lithium-ionbatterijen.