Status van de toepassing van nieuwe energiebatterijen en de ontwikkelingsanalyse ervan (III)

Vanadium vloeistofstroombatterij

Invoering

Met de toenemende aandacht voor energievraagstukken wereldwijd, nieuw energie batterijtechnologieën zijn geleidelijk de topprioriteit geworden van wetenschappelijk onderzoek en industriële ontwikkeling in verschillende landen tegen de achtergrond van de energietransitie en duurzame ontwikkeling. Van traditionele lithium-ionbatterijen tot meer toekomstgerichte waterstofbrandstofcellen, vloeistofstroombatterijen, enz.: verschillende soorten batterijen hebben een breed scala aan toepassingsmogelijkheden laten zien op het gebied van energieopslag en elektrische voertuigen. Echter, er zijn er ook veel uitdagingen en beperkingen, zoals energiedichtheid, levensduur en kosten. Om de ontwikkeling van nieuwe energiebronnen beter te bevorderen, zal deze serie de voordelen, nadelen en toepassingsscenario's van elk type mainstream nieuwe batterijtechnologie uitgebreid evalueren, waardevolle referenties en richtlijnen bieden voor onderzoekers en industriële praktijkmensen, en voortdurende innovatie op dit gebied bevorderen, en bijdragen aan de duurzame ontwikkeling van de mondiale energie.

Hoofd artikel

Volledig vanadium-batterijen met vloeistofstroom gebruiken vanadiumionen met verschillende valentietoestanden als de actieve stoffen van de batterijen, waardoor het probleem van kruisbesmetting van de elektrolyt van de batterij met vloeistofstroom wordt overwonnen. Vanwege de voordelen van een afzonderlijk ontwerp van batterij-energie en -vermogen, hoge veiligheid en lange levensduur, is het een van de meest veelbelovende technologieën voor grootschalige energieopslag geworden. ^[1].

Vanadiumbatterijen gebruiken vanadiumionen met verschillende valentietoestanden als de actieve stoffen van de elektrolyt, waardoor het probleem van kruisbesmetting tussen verschillende ionen wordt vermeden. Tegelijkertijd is de elektrochemische omkeerbaarheid tussen verschillende valentietoestanden van vanadiumionen hoog en is de polarisatie klein, wat geschikt is voor snel opladen en ontladen met hoge stroom. Vanadiumbatterijen worden vaak gebruikt voor netpiek, grootschalige fotovoltaïsche en windenergiesystemen en noodstroomsystemen. Vanadiumbatterijen bestaan voornamelijk uit elektrolyt, elektrische stapel en circulatiesysteem. Onderzoekers over de hele wereld zetten zich in voor het gebruik van een stabiele elektrolytsamenstelling en geavanceerde elektrodematerialen als positieve en negatieve elektroden van batterijen om de prestaties van vanadiumbatterijen te verbeteren en optimaliseren en de kosten van vanadiumbatterijen te verlagen.

Volledig vanadium-vloeistofstroombatterijen hebben echter ook bepaalde gebreken. Ten eerste vereisen de bijproducten een intensieve behandeling en produceren ze V2O5, een zeer giftige chemische stof. Ten tweede zijn de kosten hoog: de huidige 5 kW-vanadiumbatterij kan alleen de materiaalkosten meer dan 400.000 dollar bedragen. Bovendien is de specifieke energiedichtheid van vanadiumbatterijen, afhankelijk van de bovengrens van de ionenoplosbaarheid in de elektrolyt, laag en is de technologie moeilijk te doorbreken. Hetzelfde energie-vanadiumbatterijvolume kan tot 3-5 keer groter zijn dan de lithiumbatterij, de massa 2-3 keer. Daarom kunnen vanadiumbatterijen alleen worden toegepast op statische energieopslagsystemen en zijn ze moeilijk toe te passen op elektrische voertuigen, elektronische producten en andere gebieden. ^[2].

Vanwege de inherente voordelen van volledig vanadium-flow-batterijen en een breed scala aan toepassingen, hebben ze in de wereld veel aandacht getrokken, en is de industrialisatie ervan door westerse landen tot een strategisch aandachtsniveau verheven, en in sommige landen en regio's hebben volledig vanadiumstroombatterijen het niveau van commerciële exploitatie bereikt. In de toekomst zullen de hotspots van het onderzoek naar volledig vanadiumstroombatterijen zich richten op het verbeteren van de prestaties van elektrodematerialen, het ontwikkelen van goedkope, zeer selectieve ionenuitwisselingsmembranen en elektrolyten met een lange levensduur met een hoge concentratie, hoge geleidbaarheid en hoge stabiliteit, het verbeteren van de stabiliteit, de specifieke energie- en energieomzettingsefficiëntie van de batterij, en het bevorderen van de industrialisatie van een volledig vanadiumstroombatterij. Bovendien zou het ook het onderzoek naar de reactiekinetiek van de vanadiumionelektroden, de elektrolyttheorie, het nieuwe diafragma en andere basisgebieden moeten versterken, om zo een steviger fundament te bieden voor het onderzoek en de ontwikkeling van volledig vanadium-vloeistofstroombatterijen. Beperkingen op de ontwikkeling van volledig vanadium-vloeistofstroombatterijen Zijn nog steeds de factor van hoge kosten, vooral het energieopslagstation kan worden gebruikt in de batterijladder voor tweedehands elektrische voertuigen, maar versterkt ook de hoge kosten van de nadelen van volledig vanadium-vloeistofstroombatterijen. Volgens onvolledige statistieken bedragen de huidige kosten van een volledig vanadium-vloeistofstroombatterij ongeveer 3-3,2 yuan / Wh, vergeleken met de gemiddelde kosten van lithiumbatterijen cBeperkingen op de ontwikkeling van volledig vanadium vloeibare stroombatterijen zijn nog steeds de factor van hoge kosten, vooral het energieopslagstation kan worden gebruikt op de ladder van tweedehands elektrische voertuigen, maar versterkt ook de hoge kosten van volledig vanadium vloeibare stroom Batterijen nadelen: slechts 1,2-1,5 yuan / Wh, ongeveer 40% van de volledig vanadium vloeibare batterij. Hoewel de huidige kosten van volledig vanadium-redox-flow-batterijen relatief hoog zijn, vergeleken met de historische trend van de prijzen van lithiumbatterijen, zullen de kosten van volledig-vanadium-redox-flow-batterijen waarschijnlijk dalen naarmate de schaal groter wordt.

Referenties:

[1]刘涛,葛灵,Zhang Yimin.Vooruitgang en ontwikkelingstrends van sleuteltechnologieën voor volledig vanadium redoxflow-batterijen[J].Chinese metallurgie,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Xie Congxin,郑琼,Li Xianfeng et al..Nieuwste vooruitgang op het gebied van flowbatterijtechnologie[J].Wetenschap en technologie voor energieopslag,2017,6(05):1050-1057.