Neue Richtung für die langfristige Energiespeicherung: Vanadium-Flow-Batterie

Neue Richtung für die langfristige Energiespeicherung: Vanadium-Flow-Batterie

Bei der Vanadium-Flow-Batterie handelt es sich um eine Redox-Batterie mit Vanadium als Medium. Sein vollständiger Name ist Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VFB), das 1985 von Marria Kacos von der University of New South Wales, Australien, vorgeschlagen wurde. Das Vanadium-Batterie-Energiespeichersystem weist eine hohe Energiespeichereffizienz auf und kann in großem Umfang in der Stromspeicherung von Kraftwerken eingesetzt werden. Es kann bei geringer Last überschüssigen Strom speichern und bei hoher Last Strom als Hilfsstromquelle in das Netz einspeisen, wodurch Energieverschwendung reduziert wird.

Vanadiumbatterien können Energie lange speichern. Im Notfall kann der gespeicherte Elektrolyt sofort in Betrieb genommen werden, was viel schneller geht als bei Notstromerzeugungsgeräten. Es kann nach einem Stromausfall als Notstromversorgung genutzt werden. Da intermittierende Energiequellen wie Wind und Photovoltaik eine schlechte Stromerzeugungsstabilität, Spannungsschwankungen und Flackern aufweisen und keine stabile Stromversorgung bilden können, ist ein hocheffizientes, kostengünstiges Energiespeichersystem erforderlich, um damit zusammenzuarbeiten. Vanadium-Batterien erfüllen genau diese Anforderung und verfügen über eine einstellbare Speicherenergie, eine einfache Überwachung von Kapazität und Ladezustand sowie eine flexible Anpassung der Lade- und Entladeleistung an den Bedarf.

Vanadiumbatterien haben eine niedrige Selbstentladungsrate und eine hohe spezifische Energie und können zum Bau großer Vanadiumbatteriekraftwerke verwendet werden, wodurch der Bedarf an der Installation von Fernübertragungsgeräten erheblich reduziert wird. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit aus und verringern die Sicherheitsrisiken, die eine Vielzahl von Hochspannungsübertragungsgeräten mit sich bringt.

Die Vanadium-Flow-Batterie bietet folgende Vorteile:
Konfigurationsflexibilität. Die Vanadiumbatterie ist flexibel aufgebaut. Die Ausgangsleistung der Batterie wird durch die Größe des Batteriestapels bestimmt. Durch die Erhöhung der Anzahl der Einzelzellen und der effektiven Fläche kann die Leistung des Batteriestapels erhöht werden. Die Kapazität der Batterie wird durch die Elektrolytmenge bestimmt. Durch Erhöhen des Volumens und der Konzentration des Elektrolyten kann die Batteriekapazität erhöht werden. Leistung und Kapazität können an die Lastgröße verschiedener Einsatzorte und -bereiche angepasst werden. Bei großen neuen Energiekraftwerken kann die Erhöhung der Energiespeicherkapazität die Stromkosten pro Kilowattstunde senken.

Lange Akkulaufzeit. Die Vanadiumbatterie hat eine Zyklenzahl von mehr als 13.000 Malen und eine Lebensdauer von mehr als 20 Jahren. Tiefenladung und Tiefentladung des Systems haben keinen Einfluss auf die Batterieleistung und die Systementladungstiefe (DOD) beträgt ≥90 %. Durch schnelles Laden und Entladen mit hoher Stromdichte wird der Akku nicht beschädigt.

Hohe Sicherheit. Vanadiumbatterien sind wasserbasierte Systeme, die nahezu kein Wärmemanagement erfordern, frei von Explosions- und Brandgefahr sind und mit auslaufsicheren Vorrichtungen ausgestattet sind, um ein Austreten von Elektrolyt zu verhindern.

Umweltfreundlich. Die positiven und negativen Elektrolyte von Vanadiumbatterien stehen nicht in direktem Kontakt miteinander, können unbegrenzt recycelt werden und belasten die Umwelt nicht. Die Elektroden in den Materialien des Batteriestapels bestehen aus Kohlenstoff-/Graphitfilz, und die Bipolarplatten bestehen größtenteils aus Graphit- oder Kohlenstoffmaterialien, die nach der Verschrottung die Umwelt nicht belasten. Andere Materialien sind meist Polymermaterialien und können recycelt werden.

Niedrige Lebenszykluskosten. Vanadiumbatterien erfordern eine hohe Anfangsinvestition und die Materialkosten machen einen großen Teil aus, sodass die Investitionskosten pro Einheit höher sind als bei Lithiumbatterien, sie haben jedoch den Vorteil der Haltbarkeit. Aus Sicht der Lebenszykluskosten sind die Baukosten von Vanadium-Flow-Batterien viel niedriger als die von Blei-Säure-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien.