Debido a su seguridad intrínseca, fácil ampliación, bajo coste del ciclo de vida y fácil gestión modular, la pila de vanadio redox tiene muy buenas perspectivas de aplicación en el ámbito de la alimentación eléctrica, la red eléctrica y los usuarios industriales y comerciales.
1.¿Qué es una pila de redox de vanadio?
El nombre profesional de la batería de vanadio redox es batería de flujo totalmente de vanadio redox. Es una batería de almacenamiento de energía ecológica y de gran capacidad que puede cargarse y descargarse en profundidad.
Utiliza las diferentes energías potenciales químicas de los iones de vanadio en diferentes estados de oxidación para conservar la energía y tiene una alta eficiencia de carga y descarga. La ventaja de la alta seguridad es que la capacidad puede aumentarse con el aumento del depósito de almacenamiento de líquido, y el electrolito puede reciclarse.
2.¿Qué es el vanadio en la pila redox de vanadio?
El vanadio (V) es un elemento metálico con múltiples estados de valencia. Se pueden formar pares eléctricos entre estados de valencia adyacentes de V (II), V (III), V (IV) y V (V) para tomar carga respectivamente.
Para las soluciones de iones de vanadio V(Ⅱ)/V(Ⅲ) y V(Ⅳ)/V(Ⅴ) como electrolitos positivo y negativo de la batería, la diferencia de potencial estándar de la batería puede alcanzar 1,26 V, lo que hace que el vanadio pueda utilizarse como material de almacenamiento de energía.
3.Evaluación del rendimiento de la pila de redox de vanadio
Ventaja
- Seguridad intrínseca
El material activo de la pila de redox de vanadio se almacena en el depósito de almacenamiento de líquidos fuera de la pila en forma de solución acuosa. No hay peligro de explosión ni de incendio. No hay peligro aunque se mezclen los electrolitos positivo y negativo, pero la temperatura del electrolito aumentará ligeramente, lo que es permanente La pila que no explota es la ventaja más destacada de la pila de vanadio redox en comparación con otras pilas electroquímicas.
- Larga vida útil
El material activo positivo y el material activo negativo de la pila redox de vanadio existen en los electrolitos positivo y negativo respectivamente. No se produce ningún cambio de fase durante el proceso de carga y descarga. Puede descargarse profundamente sin dañar la batería.
En ciclo de vida de la batería puede llegar a los 20 años. En la actualidad, el módulo de batería de redox de vanadio con mayor tiempo de funcionamiento de la demostración comercial del sistema eléctrico de la empresa canadiense VRB lleva funcionando con normalidad más de 9 años, con una vida útil de ciclos de carga y descarga de más de 18.000 veces, muy superior a la de las baterías de litio y las de plomo-ácido.
- Fácil almacenamiento de energía a gran escala
La potencia y la capacidad de la pila de vanadio redox dependen del tamaño de la pila y del volumen y la concentración del electrolito, respectivamente. Aumentar la concentración del electrolito puede aumentar la potencia, y aumentar el volumen del electrolito puede duplicar la potencia. Por lo tanto, la pila de vanadio redox puede utilizarse en centrales eléctricas de almacenamiento de energía a gran escala de cientos de megavatios.
Desventajas
- Baja densidad energética
Debido a la masa atómica relativa relativamente grande del vanadio, la densidad energética de la pila redox de vanadio suele ser sólo de 12 a 40 Wh/kg, inferior a la densidad energética de la pila de litio, de 80 a 300 Wh/kg.
Por lo tanto, para lograr el mismo almacenamiento de energía, la densidad energética de la batería de vanadio redox es El volumen es mucho mayor que el de las baterías de litio, que es de 3 a 5 veces el volumen de las baterías de litio, lo que dificulta enormemente la aplicación de las baterías de vanadio redox en terminales móviles y baterías de potencia.
- Baja eficiencia de conversión de energía
La pila de vanadio redox requiere una bomba para mantener el flujo de electrolito, por lo que su pérdida de energía es grande. La eficiencia de conversión energética de la pila de vanadio redox suele ser de 70% a 75%, inferior a la eficiencia de conversión energética de 85% a 95% de las pilas de litio.
- Alto coste de instalación inicial
El coste inicial de instalación de una pila de vanadio redox consiste principalmente en la pila y el electrolito. Las materias primas son relativamente caras. Además, el desarrollo de la industria de baterías de vanadio redox es relativamente lento y la cadena industrial es imperfecta. El coste inicial de instalación actual es de 3,8 a 6,0 yuanes/Wh. Es el litio Más de 2 veces el coste de instalación inicial de la batería.
4. Comparación entre la pila de redox de vanadio y otras pilas convencionales
La batería de redox de vanadio presenta mayores ventajas que las baterías de litio, las de plomo-ácido, etc. en términos de vida útil, seguridad y coste del ciclo de vida, pero sigue estando en relativa desventaja en términos de densidad de energía, eficiencia energética, etc.
El principio de funcionamiento de la pila de vanadio redox es diferente al de la pila de litio.
La pila redox de vanadio tiene dos electrolitos, uno para el electrodo positivo y otro para el negativo. La corriente se forma por la subida y bajada del estado de valencia de los iones de vanadio, mientras que en la pila de litio la corriente se forma principalmente por el transporte de iones.
El electrolito de la pila redox de vanadio se almacena en un depósito especial, y el electrolito de los electrodos positivo y negativo se transporta a los electrodos positivo y negativo de la pila bajo la acción de una bomba. Este diseño estructural permite ajustar la capacidad de la pila de vanadio redox, los electrolitos almacenados por separado no reaccionan y la seguridad es muy alta. Las pilas de litio son muy inferiores a las de vanadio redox en este aspecto.
En cuanto al ciclo de uso, la batería de vanadio redox puede cargarse y descargarse hasta 15.000 veces, mientras que la batería de litio puede cargarse y descargarse unas 3.000 veces, es decir, 5 veces más que la batería de litio.
Además, la pila de redox de vanadio tiene un sistema natural de refrigeración líquida. Durante el ciclo de empuje eléctrico, los electrolitos positivo y negativo no sólo sufren reacciones químicas, sino que también sacan el calor generado por la pila, manteniendo la batería en un estado de calor moderado. Las baterías de litio tienen una estabilidad relativamente pobre cuando se cargan durante mucho tiempo y son más propensas a explotar.
Sin embargo, la pila de vanadio redox tiene dos grandes depósitos de electrolito, por lo que su volumen es relativamente mayor que el de las pilas de litio, y su densidad energética es mucho menor que la de las pilas de litio, sólo 12-40Wh/kg. Al mismo tiempo, se necesita una bomba para mantener el flujo de electrolito. Las pérdidas también son mayores.
5. Aplicación de la pila de vanadio redox
- Lado de potencia
Se utiliza principalmente como almacenamiento de energía para los nuevos sistemas intermitentes de generación de energía, como la eólica y la solar. sistemas de almacenamiento de energía solar realizar la integración de almacenamiento de energía renovable en la red.
Debido a la inestabilidad de la generación de energía eólica y solar, es fácil que se produzcan fluctuaciones en la red, lo que dificulta su conexión y agrava su abandono. La pila Redox de vanadio puede utilizarse para recoger estas energías limpias discontinuas e inestables y almacenarlas para reducir el despilfarro energético.
- Lado de la rejilla
Se utiliza principalmente para la reducción de picos y el relleno de valles de la red eléctrica. Cuando la red eléctrica está poco cargada, se almacena el exceso de energía eléctrica. Cuando la red eléctrica está muy cargada, se utiliza como fuente de alimentación auxiliar para aportar energía eléctrica a la red, equilibrando así la carga de la red y mejorando su estabilidad y fiabilidad.
Además, la pila de vanadio-redox tiene grandes ventajas sobre el almacenamiento de energía hidroeléctrica por bombeo en cuanto a la selección del emplazamiento, ya que es libre, ocupa menos terreno y tiene bajos costes de mantenimiento.
- Usuarios industriales y comerciales
En el caso de las grandes empresas consumidoras de electricidad o los parques industriales, se utiliza en escenarios de precios de la electricidad en función del tiempo de consumo para almacenar electricidad a bajo precio y utilizarla en épocas de precios altos de la electricidad, como las zonas con precios altos de la electricidad en el este de China.
También puede utilizarse como sistema de almacenamiento de energía y generación de electricidad en zonas remotas e islas aisladas. , así como Almacenamiento de energía SAI energía de reserva para grandes empresas usuarias de almacenamiento de energía de emergencia, como centros de telecomunicaciones, grandes centros de datos, etc.
6. Análisis de la industria de las pilas de redox de vanadio
La materia prima de la pila de redox de vanadio procede principalmente de la escoria de vanadio. En la actualidad, los recursos de vanadio se concentran principalmente en China, Australia, Rusia y Sudáfrica. Entre ellos, las reservas de recursos de vanadio de China representan 39% de las mundiales y su producción 68% de las mundiales, ocupando el primer puesto mundial.
En el desarrollo de la pila de redox de vanadio se puede conseguir un control independiente. En cuanto al suministro de recursos de baterías de litio, la producción de China sólo representa 13% y depende de las importaciones.
7. Cadena industrial de las pilas de vanadio redox
El sistema de almacenamiento de energía de la batería de redox de vanadio se compone principalmente de una pila, un electrolito, inversor de almacenamiento de energía, control inteligente, tanque de almacenamiento, contenedor, bomba de tubería, sensor de válvula. Los componentes principales son la pila y el electrolito.
El principal componente del electrolito es el pentóxido de vanadio. La cadena industrial de las pilas de vanadio redox se compone de la cadena de suministro de materias primas, las empresas de procesamiento y producción de pilas de vanadio redox y las aplicaciones finales.
La cadena de suministro de materias primas de la industria de baterías redox de vanadio incluye principalmente mineral de vanadio, pentóxido de vanadio, accesorios del sistema de baterías, configuración del electrolito, etc. Entre ellos, el mineral de vanadio y su industria de procesamiento constituyen el núcleo y son la principal fuente de pentóxido de vanadio.
El sector intermedio de la industria de pilas de vanadio redox está formado principalmente por empresas de procesamiento y producción de pilas de vanadio redox, que incluyen el montaje de pilas, los sistemas de control, otros equipos y accesorios, etc. Entre ellos, los obstáculos técnicos al montaje de pilas y los sistemas de control son los más elevados.
La industria de las pilas de vanadio redox se dedica principalmente a la aplicación final, que se utiliza sobre todo en el campo del almacenamiento de energía, los vehículos de nueva energía, la electroquímica, la siderurgia y otros campos.
8. Resumen
En general, en los últimos años, con la mejora de los requisitos de seguridad de almacenamiento de energía y el aumento del tiempo de almacenamiento de energía, basado en la alta seguridad de la batería de vanadio redox y el pequeño aumento en el coste marginal con el aumento del tiempo de almacenamiento de energía, la batería de vanadio redox se ha utilizado ampliamente en la operación a largo plazo a gran escala.
Tiene un excelente rendimiento en el almacenamiento de energía. Bajo el actual cuello de botella técnico en el aumento de la concentración total de vanadio del electrolito, el capacidad de la batería de la pila redox de vanadio puede aumentarse simplemente aumentando el volumen del electrolito.
En el futuro, la batería de vanadio redox desarrollará nuevos procesos de producción limpios, modelos de operación de alquiler de electrolitos, y la aplicación en el almacenamiento de energía a gran escala es la tendencia de desarrollo de la industria de baterías de vanadio redox. En general, la industria de las pilas de vanadio redox tendrá un enorme potencial de desarrollo y amplias perspectivas en el almacenamiento mundial de energía.
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