Stato dell'applicazione della nuova batteria energetica e analisi del suo sviluppo (III)

Batteria corrente al vanadio liquido

introduzione

Con la crescente attenzione alle questioni energetiche in tutto il mondo, una novità energia Le tecnologie delle batterie sono gradualmente diventate la massima priorità della ricerca scientifica e dello sviluppo industriale in vari paesi nel contesto della transizione energetica e dello sviluppo sostenibile. Dalle tradizionali batterie agli ioni di litio alle celle a combustibile a idrogeno più lungimiranti, alle batterie a flusso liquido, ecc., diversi tipi di batterie hanno mostrato un'ampia gamma di prospettive applicative nei campi dell'accumulo di energia e dei veicoli elettrici. Tuttavia, ce ne sono anche molti sfide e limitazioni, come la densità energetica, il ciclo di vita e i costi. Per promuovere meglio lo sviluppo di nuove fonti di energia, questa serie valuterà in modo esaustivo i vantaggi, gli svantaggi e gli scenari applicativi di ciascun tipo di nuova tecnologia delle batterie tradizionali, fornirà preziosi riferimenti e indicazioni per ricercatori, professionisti industriali, promuoverà l'innovazione continua in questo campo, e contribuire allo sviluppo sostenibile dell’energia globale.

articolo principale

Le batterie a flusso liquido interamente in vanadio utilizzano ioni di vanadio di diversi stati di valenza come sostanze attive delle batterie, superando il problema della contaminazione incrociata dell'elettrolito della batteria a flusso liquido. Grazie ai vantaggi della progettazione separata dell'energia e della potenza della batteria, dell'elevata sicurezza e della lunga durata, è diventata una delle tecnologie più promettenti per lo stoccaggio di energia su larga scala ^[1].

Le batterie al vanadio utilizzano ioni di vanadio con diversi stati di valenza come principi attivi dell'elettrolita, evitando così il problema della contaminazione incrociata tra ioni diversi. Allo stesso tempo, la reversibilità elettrochimica tra i diversi stati di valenza degli ioni di vanadio è elevata e la polarizzazione è piccola, adatta per carica e scarica rapida con corrente elevata. Le batterie al vanadio sono spesso utilizzate per il picco di rete, sistemi fotovoltaici ed eolici su larga scala e sistemi di alimentazione di emergenza. Le batterie al vanadio sono composte principalmente da elettrolita, pila elettrica e sistema di circolazione. I ricercatori di tutto il mondo si impegnano a utilizzare una composizione elettrolitica stabile e materiali elettrodici avanzati come elettrodi positivi e negativi delle batterie per migliorare e ottimizzare le prestazioni delle batterie al vanadio e ridurre il costo delle batterie al vanadio.

Tuttavia, anche le batterie a flusso liquido interamente al vanadio presentano alcuni difetti. In primo luogo, i sottoprodotti richiedono un trattamento elevato e producono V2O5, che è una sostanza chimica altamente tossica. In secondo luogo, il costo è elevato, l’attuale costo del materiale della sola batteria al vanadio da 5 kW può essere superiore a 400.000 dollari. Inoltre, soggetto al limite superiore della solubilità degli ioni nell'elettrolita, la densità di energia specifica della batteria al vanadio è bassa e la tecnologia è difficile da rivoluzionare. Lo stesso volume energetico della batteria al vanadio può essere fino a 3-5 volte la batteria al litio, la massa di 2-3 volte. Pertanto, le batterie al vanadio possono essere applicate solo a sistemi di accumulo di energia statici e sono difficili da applicare a veicoli elettrici, prodotti elettronici e altri campi ^[2].

A causa dei vantaggi intrinseci delle batterie a flusso interamente al vanadio e di una vasta gamma di applicazioni, hanno attirato molta attenzione nel mondo e la loro industrializzazione è stata portata a un livello strategico di attenzione da parte dei paesi occidentali e in alcuni paesi e regioni, le batterie a flusso interamente al vanadio hanno raggiunto il livello di funzionamento commerciale. In futuro, i punti caldi della ricerca sulle batterie a flusso interamente al vanadio si concentreranno sul miglioramento delle prestazioni dei materiali degli elettrodi, sullo sviluppo di membrane ed elettroliti a scambio ionico a basso costo, altamente selettivi e di lunga durata con alta concentrazione, alta conduttività ed elevata stabilità, sul miglioramento la stabilità, l'energia specifica e l'efficienza di conversione energetica della batteria e la promozione dell'industrializzazione della batteria a flusso interamente al vanadio. Inoltre, dovrebbe anche rafforzare la ricerca sulla cinetica di reazione degli elettrodi ionici di vanadio, sulla teoria degli elettroliti, sul nuovo diaframma e altre aree di base, in modo da fornire una base più solida per la ricerca e lo sviluppo di batterie a corrente liquida interamente al vanadio. Vincoli allo sviluppo di batterie a corrente liquida interamente al vanadio Sono ancora il fattore di costo elevato, in particolare la stazione di accumulo dell'energia può essere utilizzata nella scala delle batterie di seconda mano dei veicoli elettrici, ma amplifica anche l'alto costo degli inconvenienti delle batterie a corrente liquida interamente al vanadio. Secondo statistiche incomplete, il costo attuale della batteria a corrente liquida interamente al vanadio è di circa 3-3,2 yuan / Wh, rispetto al costo medio delle batterie al litio ci vincoli sullo sviluppo di batterie a corrente liquida interamente al vanadio rappresentano ancora un fattore di costo elevato, in particolare la stazione di accumulo dell'energia può essere utilizzata nella scala delle batterie di seconda mano per veicoli elettrici, ma amplifica anche l'alto costo della corrente liquida interamente al vanadio Gli svantaggi delle batterie sono solo 1,2-1,5 yuan/Wh, circa il 40% della batteria a corrente liquida interamente al vanadio. Sebbene il costo attuale delle batterie a flusso redox interamente al vanadio sia relativamente elevato, rispetto alla tendenza storica dei prezzi delle batterie al litio, è probabile che il costo delle batterie a flusso redox interamente al vanadio crolli con l’espansione della scala.

Riferimenti:

[1]刘涛,葛灵,Zhang Yimin.Tendenze di progresso e sviluppo delle tecnologie chiave per le batterie a flusso redox interamente al vanadio[J].Metallurgia cinese,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Xie Congxin,郑琼,Li Xianfeng et al..Ultimi progressi nella tecnologia delle batterie a flusso[J].Scienza e tecnologia dello stoccaggio dell'energia,2017,6(05):1050-1057.