Situação da aplicação de novas baterias de energia e sua análise de desenvolvimento (III)

Bateria de corrente líquida de vanádio

Introdução

Com a crescente atenção às questões energéticas em todo o mundo, novas energia as tecnologias de baterias tornaram-se gradualmente a principal prioridade da investigação científica e do desenvolvimento industrial em vários países no contexto da transição energética e do desenvolvimento sustentável. Desde baterias tradicionais de íons de lítio até células de combustível de hidrogênio mais inovadoras, baterias de fluxo líquido, etc., diferentes tipos de baterias têm mostrado uma ampla gama de perspectivas de aplicação nas áreas de armazenamento de energia e veículos elétricos. No entanto, também há muitos desafios e limitações, como densidade de energia, ciclo de vida e custo. Para melhor promover o desenvolvimento de novas fontes de energia, esta série avaliará de forma abrangente as vantagens, desvantagens e cenários de aplicação de cada tipo de nova tecnologia de bateria convencional, fornecerá referências e orientações valiosas para pesquisadores, profissionais industriais, promoverá a inovação contínua neste campo, e contribuir para o desenvolvimento sustentável da energia global.

artigo principal

As baterias de fluxo líquido totalmente vanádio usam íons vanádio de diferentes estados de valência como substâncias ativas das baterias, o que supera o problema de contaminação cruzada do eletrólito da bateria de fluxo líquido. Devido às vantagens do design separado de energia e potência da bateria, alta segurança e longo ciclo de vida, tornou-se uma das tecnologias mais promissoras para armazenamento de energia em grande escala. ^[1].

As baterias de vanádio utilizam íons vanádio de diferentes estados de valência como substâncias ativas do eletrólito, o que evita o problema de contaminação cruzada entre diferentes íons. Ao mesmo tempo, a reversibilidade eletroquímica entre os diferentes estados de valência dos íons vanádio é alta e a polarização é pequena, o que é adequado para carga e descarga rápida com alta corrente. As baterias de vanádio são frequentemente usadas para picos de rede, sistemas de energia fotovoltaica e eólica em grande escala e sistemas de energia de emergência. As baterias de vanádio são compostas principalmente de eletrólito, pilha elétrica e sistema de circulação. Pesquisadores de todo o mundo estão comprometidos em usar composição eletrolítica estável, materiais de eletrodo avançados como eletrodos positivos e negativos de baterias para melhorar e otimizar o desempenho das baterias de vanádio e reduzir o custo das baterias de vanádio.

No entanto, as baterias de fluxo líquido totalmente vanádio também apresentam alguns defeitos. Em primeiro lugar, os subprodutos requerem tratamento intensivo e produzem V2O5, que é um produto químico altamente tóxico. Em segundo lugar, o custo é alto, o custo atual do material da bateria de vanádio de 5 kW apenas pode ser superior a 400.000 dólares. Além disso, sujeito ao limite superior de solubilidade iônica no eletrólito, a densidade de energia específica da bateria de vanádio é baixa e a tecnologia é difícil de ser descoberta. O mesmo volume de bateria de vanádio de energia pode ser até 3-5 vezes maior que a bateria de lítio, a massa de 2-3 vezes. Portanto, as baterias de vanádio só podem ser aplicadas em sistemas de armazenamento de energia estática e são difíceis de aplicar em veículos elétricos, produtos eletrônicos e outros campos. ^[2].

Devido às vantagens inerentes às baterias de fluxo totalmente de vanádio e a uma ampla gama de aplicações, elas atraíram muita atenção no mundo, e sua industrialização foi elevada a um nível estratégico de atenção pelos países ocidentais, e em alguns países e regiões, as baterias de fluxo totalmente de vanádio atingiram o nível de operação comercial. No futuro, os pontos críticos da pesquisa de baterias de fluxo totalmente de vanádio se concentrarão na melhoria do desempenho dos materiais dos eletrodos, no desenvolvimento de membranas e eletrólitos de troca iônica de baixo custo, altamente seletivos e de longa vida com alta concentração, alta condutividade e alta estabilidade, melhorando a estabilidade, energia específica e eficiência de conversão de energia da bateria e promoção da industrialização de baterias de fluxo totalmente vanádio. Além disso, deve também fortalecer a pesquisa da cinética de reação do eletrodo de íon vanádio, teoria do eletrólito, novo diafragma e outras áreas básicas, de modo a fornecer uma base mais sólida para a pesquisa e desenvolvimento de baterias de corrente líquida totalmente vanádio. Restrições ao desenvolvimento de baterias de corrente líquida totalmente vanádio são ainda o fator de alto custo, especialmente a estação de armazenamento de energia pode ser usada na escada de bateria de veículos elétricos usados, mas também amplifica o alto custo das desvantagens das baterias de corrente líquida totalmente vanádio. De acordo com estatísticas incompletas, o custo atual da bateria de corrente líquida totalmente vanádio é de cerca de 3-3,2 yuan / Wh, em comparação com o custo médio das baterias de lítio cAs restrições ao desenvolvimento de baterias de corrente líquida totalmente vanádio ainda são o fator de alto custo, especialmente a estação de armazenamento de energia pode ser usada na escada de baterias de veículos elétricos usados, mas também amplificam o alto custo da corrente líquida totalmente vanádio As desvantagens das baterias são apenas 1,2-1,5 yuan / Wh, cerca de 40% da bateria de corrente líquida totalmente vanádio. Embora o custo atual das baterias de fluxo redox totalmente de vanádio seja relativamente alto, em comparação com a tendência histórica dos preços das baterias de lítio, o custo das baterias de fluxo redox totalmente de vanádio provavelmente cairá à medida que a escala se expande.

Referências:

[1]刘涛,葛灵,Zhang Yimin.Progresso e tendências de desenvolvimento de tecnologias-chave para baterias de fluxo redox totalmente vanádio[J].Metalurgia Chinesa,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Xie Congxin,郑琼,Li Xianfeng et al..Últimos progressos na tecnologia de baterias de fluxo[J].Ciência e Tecnologia de Armazenamento de Energia,2017,6(05):1050-1057.