Status der Anwendung neuer Energiebatterien und Analyse ihrer Entwicklung (III)

Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterie

Einführung

Mit der zunehmenden Aufmerksamkeit für Energiefragen weltweit, neu Energie Batterietechnologien sind vor dem Hintergrund der Energiewende und der nachhaltigen Entwicklung in verschiedenen Ländern nach und nach zur obersten Priorität der wissenschaftlichen Forschung und industriellen Entwicklung geworden. Von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien bis hin zu zukunftsweisenden Wasserstoff-Brennstoffzellen, Flüssigstrombatterien usw. haben verschiedene Batterietypen ein breites Spektrum an Anwendungsaussichten in den Bereichen Stromspeicherung und Elektrofahrzeuge gezeigt. Jedoch, es gibt auch viele Herausforderungen und Einschränkungen wie Energiedichte, Lebensdauer und Kosten. Um die Entwicklung neuer Energiequellen besser voranzutreiben, werden in dieser Reihe die Vor- und Nachteile und Anwendungsszenarien jeder Art der gängigen neuen Batterietechnologie umfassend bewertet, wertvolle Referenzen und Leitlinien für Forscher und Industriepraktiker bereitgestellt und kontinuierliche Innovationen in diesem Bereich gefördert. und zur nachhaltigen Entwicklung der globalen Energie beitragen.

Hauptartikel

Vollvanadium-Flüssigkeitsbatterien verwenden Vanadiumionen unterschiedlicher Wertigkeitszustände als aktive Substanzen der Batterien, wodurch das Problem der Kreuzkontamination des Flüssigkeitsbatterieelektrolyten überwunden wird. Aufgrund der Vorteile des getrennten Designs von Batterieenergie und -leistung, der hohen Sicherheit und der langen Zyklenlebensdauer hat es sich zu einer der vielversprechendsten Technologien für die Energiespeicherung im großen Maßstab entwickelt ^[1].

Vanadiumbatterien nutzen Vanadiumionen unterschiedlicher Wertigkeit als aktive Substanzen des Elektrolyten, wodurch das Problem der Kreuzkontamination zwischen verschiedenen Ionen vermieden wird. Gleichzeitig ist die elektrochemische Reversibilität zwischen verschiedenen Valenzzuständen von Vanadiumionen hoch und die Polarisation klein, was für schnelles Laden und Entladen mit hohem Strom geeignet ist. Vanadium-Batterien werden häufig zur Netzauslastung, in großen Photovoltaik- und Windenergieanlagen sowie in Notstromsystemen eingesetzt. Vanadiumbatterien bestehen hauptsächlich aus Elektrolyt, Elektrostapel und Zirkulationssystem. Forscher auf der ganzen Welt setzen sich dafür ein, eine stabile Elektrolytzusammensetzung und fortschrittliche Elektrodenmaterialien als positive und negative Elektroden von Batterien zu verwenden, um die Leistung von Vanadiumbatterien zu verbessern und zu optimieren und die Kosten von Vanadiumbatterien zu senken.

Vollvanadium-Flüssigkeitsflussbatterien weisen jedoch auch bestimmte Mängel auf. Erstens erfordern die Nebenprodukte einen hohen Behandlungsaufwand und erzeugen V2O5, eine hochgiftige Chemikalie. Zweitens sind die Kosten hoch, die Materialkosten für die aktuelle 5-kW-Vanadium-Batterie können mehr als 400.000 Dollar betragen. Darüber hinaus ist die spezifische Energiedichte der Vanadiumbatterie aufgrund der Obergrenze der Ionenlöslichkeit im Elektrolyten niedrig und der Durchbruch der Technologie schwierig. Das Volumen einer Vanadiumbatterie mit der gleichen Energie kann bis zum 3-5-fachen der Lithiumbatterie und ihre Masse das 2-3-fache betragen. Daher können Vanadiumbatterien nur in statischen Energiespeichersystemen eingesetzt werden und sind in Elektrofahrzeugen, elektronischen Produkten und anderen Bereichen nur schwer anwendbar ^[2].

Aufgrund der inhärenten Vorteile von All-Vanadium-Flow-Batterien und einem breiten Anwendungsspektrum haben sie weltweit große Aufmerksamkeit erregt, und ihre Industrialisierung wurde in westlichen Ländern und in einigen Ländern auf ein strategisches Aufmerksamkeitsniveau gehoben und Regionen haben Voll-Vanadium-Flow-Batterien das Niveau des kommerziellen Betriebs erreicht. Zukünftig liegt der Schwerpunkt der Forschung zu All-Vanadium-Flow-Batterien auf der Verbesserung der Leistung von Elektrodenmaterialien, der Entwicklung kostengünstiger, hochselektiver und langlebiger Ionenaustauschmembranen und Elektrolyten mit hoher Konzentration, hoher Leitfähigkeit und hoher Stabilität sowie deren Verbesserung die Stabilität, die spezifische Energie und die Energieumwandlungseffizienz der Batterie und die Förderung der Industrialisierung von All-Vanadium-Flow-Batterien. Darüber hinaus sollte die Forschung zur Reaktionskinetik von Vanadiumionenelektroden, zur Elektrolyttheorie, zu neuen Membranen und anderen grundlegenden Bereichen gestärkt werden, um eine solidere Grundlage für die Forschung und Entwicklung von Vollvanadium-Flüssigkeitsstrombatterien zu schaffen. Einschränkungen bei der Entwicklung von Vollvanadium-Flüssigkeitsbatterien Sind Immer noch der Faktor der hohen Kosten, insbesondere die Energiespeicherstation kann in der Strombatterie für gebrauchte Elektrofahrzeuge verwendet werden, verstärkt aber auch die hohen Kosten der Nachteile von Voll-Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterien. Unvollständigen Statistiken zufolge betragen die aktuellen Kosten für Vollvanadium-Flüssigkeitsbatterien etwa 3 bis 3,2 Yuan/Wh, verglichen mit den durchschnittlichen Kosten für Lithiumbatterien cEinschränkungen bei der Entwicklung von Voll-Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterien sind immer noch ein Faktor hoher Kosten, insbesondere die Energiespeicherstation kann in der Strombatterie für gebrauchte Elektrofahrzeuge verwendet werden, erhöht aber auch die hohen Kosten von Vollvanadium-Flüssigkeitsstrom Nachteile der Batterien: Sie kosten nur 1,2 bis 1,5 Yuan/Wh, was etwa 40 % der derzeitigen Vollvanadium-Flüssigkeitsbatterie entspricht. Obwohl die aktuellen Kosten für Voll-Vanadium-Redox-Flow-Batterien im Vergleich zum historischen Trend der Preise für Lithium-Batterien relativ hoch sind, werden die Kosten für Voll-Vanadium-Redox-Flow-Batterien mit zunehmender Größenordnung wahrscheinlich sinken.

Verweise:

[1]刘涛,葛灵,Zhang Yimin.Fortschritte und Entwicklungstrends von Schlüsseltechnologien für All-Vanadium-Redox-Flow-Batterien[J].China Metallurgie,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Xie Congxin,郑琼,Li Xianfeng et al..Neueste Fortschritte in der Flow-Batterie-Technologie[J].Wissenschaft und Technologie der Energiespeicherung,2017,6(05):1050-1057.