Състояние на ново приложение на енергийна батерия и анализ на неговото развитие (III)

Батерия с ванадиев течен ток

Въведение

С нарастващото внимание към енергийните проблеми в световен мащаб, нови енергия технологиите за батерии постепенно се превърнаха в основен приоритет на научните изследвания и индустриалното развитие в различни страни на фона на енергийния преход и устойчивото развитие. От традиционните литиево-йонни батерии до по-напредналите водородни горивни клетки, батерии с течен поток и т.н., различните видове батерии показват широк спектър от перспективи за приложение в областта на съхранението на енергия и електрическите превозни средства. Въпреки това, също са много предизвикателства и ограничения, като енергийна плътност, жизнен цикъл и цена. За по-добро насърчаване на разработването на нови енергийни източници, тази серия ще оцени изчерпателно предимствата, недостатъците и сценариите за приложение на всеки тип масова нова технология за батерии, ще предостави ценни справки и насоки за изследователи, промишлени практици, ще насърчи непрекъснатите иновации в тази област, и допринасят за устойчивото развитие на глобалната енергетика.

Основна статия

Изцяло ванадиевите батерии с течен поток използват ванадиеви йони с различни валентни състояния като активни вещества на батериите, което преодолява проблема с кръстосаното замърсяване на електролита на батериите с течен поток. Благодарение на предимствата на отделния дизайн на енергията и мощността на батерията, високата безопасност и дългия живот на цикъла, тя се превърна в една от най-обещаващите технологии за широкомащабно съхранение на енергия ^[1].

Ванадиевите батерии използват ванадиеви йони с различни валентни състояния като активни вещества на електролита, което избягва проблема с кръстосано замърсяване между различни йони. В същото време електрохимичната обратимост между различните валентни състояния на ванадиевите йони е висока и поляризацията е малка, което е подходящо за бързо зареждане и разреждане с висок ток. Ванадиевите батерии често се използват за пикове на мрежата, широкомащабни фотоволтаични и вятърни енергийни системи и системи за аварийно захранване. Ванадиевите батерии се състоят главно от електролит, електрическа купчина и циркулационна система. Изследователите по целия свят се ангажират да използват стабилен електролитен състав, усъвършенствани електродни материали като положителни и отрицателни електроди на батерии, за да подобрят и оптимизират работата на ванадиевите батерии и да намалят цената на ванадиевите батерии.

Изцяло ванадиевите течни батерии обаче също имат определени дефекти. Първо, страничните продукти изискват висока обработка и произвеждат V2O5, който е силно токсичен химикал. Второ, цената е висока, текущата 5kW ванадиева батерия само материални разходи може да бъде повече от 400 000 долара. Освен това, при спазване на горната граница на разтворимостта на йони в електролита, специфичната енергийна плътност на ванадиевата батерия е ниска и технологията е трудна за пробив. Обемът на ванадиевата батерия със същата енергия може да бъде до 3-5 пъти по-голям от литиевата батерия, масата 2-3 пъти. Следователно ванадиевите батерии могат да се прилагат само към статични системи за съхранение на енергия и е трудно да се прилагат към електрически превозни средства, електронни продукти и други области ^[2].

Поради присъщите предимства на батериите с изцяло ванадиев поток и широката гама от приложения, те привлякоха голямо внимание в света и тяхната индустриализация беше издигната до стратегическо ниво на внимание от западните страни, а в някои страни и региони, изцяло ванадиевите батерии са достигнали нивото на търговска експлоатация. В бъдеще горещите точки на изследванията на батериите с изцяло ванадиев поток се фокусират върху подобряване на производителността на електродните материали, разработване на евтини, силно селективни, дълготрайни йонообменни мембрани и електролити с висока концентрация, висока проводимост и висока стабилност, подобряване на стабилността, специфичната енергия и ефективността на преобразуване на енергията на батерията и насърчаване на индустриализацията на батерията с изцяло ванадиев поток. В допълнение, той трябва също така да засили изследванията на кинетиката на реакцията на ванадиевия електрод, теорията на електролита, новата диафрагма и други основни области, така че да осигури по-солидна основа за изследване и развитие на изцяло ванадиева батерия с течен ток. Ограничения при разработването на изцяло ванадиеви батерии с течен ток са все още факторът на високата цена, особено станцията за съхранение на енергия може да се използва в стълба на батерията за захранване на електрически превозни средства втора употреба, но също така усилва високата цена на изцяло ванадиевите течни текущи батерии. Според непълни статистики текущата цена на изцяло ванадиевата батерия с течен ток е около 3-3,2 юана / Wh в сравнение със средната цена на литиевите батерии cограниченията върху разработването на изцяло ванадиеви батерии с течен ток все още е факторът на високата цена, особено станцията за съхранение на енергия може да се използва в стълба на акумулаторната батерия за електрически превозни средства втора употреба, но също така увеличава високата цена на изцяло ванадиевия течен ток Недостатъци на батериите: само 1,2-1,5 юана / Wh, около 40% от изцяло ванадиевата течна батерия. Въпреки че текущата цена на изцяло ванадиевите редокс поточни батерии е сравнително висока, в сравнение с историческата тенденция на цените на литиевите батерии, цената на изцяло ванадиевите редокс поточни батерии вероятно ще спадне рязко с разширяването на мащаба.

Препратки:

[1]刘涛,葛灵,Джан Имин.Напредък и тенденции в развитието на ключови технологии за изцяло ванадиеви окислително-редукционни батерии[J].Китайска металургия,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Сие Конгсин,郑琼,Li Xianfeng и др..Последен напредък в технологията на поточните батерии[J].Наука и технологии за съхранение на енергия,2017,6(05):1050-1057.