Estado de la aplicación de baterías de nuevas energías y análisis de su desarrollo (III)

Batería de corriente líquida de vanadio

Introducción

Con la creciente atención que se presta a las cuestiones energéticas en todo el mundo, surgen nuevas energía Las tecnologías de baterías se han convertido gradualmente en la máxima prioridad de la investigación científica y el desarrollo industrial en varios países en el contexto de la transición energética y el desarrollo sostenible. Desde las tradicionales baterías de iones de litio hasta las pilas de combustible de hidrógeno más vanguardistas, las baterías de flujo líquido, etc., diferentes tipos de baterías han mostrado una amplia gama de perspectivas de aplicación en los campos del almacenamiento de energía y los vehículos eléctricos. Sin embargo, también hay muchos desafíos y limitaciones, como la densidad de energía, el ciclo de vida y el costo. Para promover mejor el desarrollo de nuevas fuentes de energía, esta serie evaluará exhaustivamente las ventajas, desventajas y escenarios de aplicación de cada tipo de nueva tecnología de baterías convencional, proporcionará valiosas referencias y orientación para investigadores y profesionales industriales, promoverá la innovación continua en este campo. y contribuir al desarrollo sostenible de la energía global.

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Las baterías de flujo líquido totalmente de vanadio utilizan iones de vanadio de diferentes estados de valencia como sustancias activas de las baterías, lo que supera el problema de la contaminación cruzada del electrolito de la batería de flujo líquido. Debido a las ventajas del diseño separado de la energía y la potencia de la batería, su alta seguridad y su largo ciclo de vida, se ha convertido en una de las tecnologías más prometedoras para el almacenamiento de energía a gran escala. ^[1].

Las baterías de vanadio utilizan iones de vanadio de diferentes estados de valencia como sustancias activas del electrolito, lo que evita el problema de la contaminación cruzada entre diferentes iones. Al mismo tiempo, la reversibilidad electroquímica entre diferentes estados de valencia de los iones de vanadio es alta y la polarización es pequeña, lo que es adecuado para cargas y descargas rápidas con alta corriente. Las baterías de vanadio se utilizan a menudo para picos de red, sistemas de energía fotovoltaica y eólica a gran escala y sistemas de energía de emergencia. Las baterías de vanadio se componen principalmente de electrolito, pila eléctrica y sistema de circulación. Investigadores de todo el mundo están comprometidos a utilizar una composición de electrolitos estable y materiales de electrodos avanzados como electrodos positivos y negativos de las baterías para mejorar y optimizar el rendimiento de las baterías de vanadio y reducir el costo de las baterías de vanadio.

Sin embargo, las baterías de flujo líquido totalmente de vanadio también tienen ciertos defectos. En primer lugar, los subproductos requieren un tratamiento intensivo y producen V2O5, que es una sustancia química altamente tóxica. En segundo lugar, el costo es alto: el costo actual del material de la batería de vanadio de 5 kW puede ser de más de 400.000 dólares. Además, sujeto al límite superior de solubilidad de iones en el electrolito, la densidad de energía específica de la batería de vanadio es baja y la tecnología es difícil de avanzar. El mismo volumen de energía de una batería de vanadio puede ser de 3 a 5 veces mayor que el de una batería de litio, y su masa de 2 a 3 veces. Por lo tanto, las baterías de vanadio solo se pueden aplicar a sistemas de almacenamiento de energía estáticos y son difíciles de aplicar a vehículos eléctricos, productos electrónicos y otros campos. ^[2].

Debido a las ventajas inherentes de las baterías de flujo totalmente de vanadio y a una amplia gama de aplicaciones, han atraído una gran atención en el mundo, y su industrialización ha sido elevada a un nivel estratégico de atención por parte de los países occidentales y, en algunos países, y regiones, las baterías de flujo totalmente de vanadio han alcanzado el nivel de operación comercial. En el futuro, los puntos críticos de la investigación de baterías de flujo totalmente de vanadio se centrarán en mejorar el rendimiento de los materiales de los electrodos, desarrollando membranas de intercambio iónico de bajo costo, altamente selectivas y de larga duración, y electrolitos con alta concentración, alta conductividad y alta estabilidad, mejorando la estabilidad, la energía específica y la eficiencia de conversión de energía de la batería, y promover la industrialización de la batería de flujo totalmente de vanadio. Además, también debería fortalecer la investigación de la cinética de reacción de los electrodos de iones de vanadio, la teoría de electrolitos, el nuevo diafragma y otras áreas básicas, a fin de proporcionar una base más sólida para la investigación y el desarrollo de baterías de corriente líquida totalmente de vanadio. Limitaciones al desarrollo de baterías de corriente líquida totalmente de vanadio son sigue siendo el factor de alto costo, especialmente la estación de almacenamiento de energía se puede utilizar en la escalera de baterías de energía de vehículos eléctricos de segunda mano, pero también amplifica los inconvenientes del alto costo de las baterías de corriente líquida totalmente de vanadio. Según estadísticas incompletas, el costo actual de una batería de corriente líquida totalmente de vanadio es de aproximadamente 3-3,2 yuanes / Wh, en comparación con el costo promedio de las baterías de litio. cLas limitaciones en el desarrollo de baterías de corriente líquida totalmente de vanadio siguen siendo un factor de alto costo, especialmente la estación de almacenamiento de energía se puede utilizar en la escalera de baterías de energía de vehículos eléctricos de segunda mano, pero también amplifica el alto costo de la corriente líquida totalmente de vanadio. Desventajas de las baterías: sólo 1,2-1,5 yuanes/Wh, aproximadamente el 40% de la batería de corriente líquida totalmente de vanadio. Aunque el costo actual de las baterías de flujo redox totalmente de vanadio es relativamente alto, en comparación con la tendencia histórica de los precios de las baterías de litio, es probable que el costo de las baterías de flujo redox totalmente de vanadio caiga en picado a medida que se expanda la escala.

Referencias:

[1]刘涛,葛灵,Zhang Yimin.Progreso y tendencias de desarrollo de tecnologías clave para baterías de flujo redox totalmente de vanadio[J].Metalurgia China,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Xie Congxin,郑琼,Li Xianfeng et al..Últimos avances en tecnología de baterías de flujo[J].Ciencia y tecnología del almacenamiento de energía,2017,6(05):1050-1057.