حالة تطبيق بطارية الطاقة الجديدة وتحليل تطويرها (III)

بطارية الفاناديوم السائلة

مقدمة

مع الاهتمام المتزايد بقضايا الطاقة في جميع أنحاء العالم، جديد طاقة أصبحت تقنيات البطاريات تدريجياً الأولوية القصوى للبحث العلمي والتنمية الصناعية في مختلف البلدان في ظل خلفية تحول الطاقة والتنمية المستدامة. من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية إلى خلايا وقود الهيدروجين الأكثر تطلعية، وبطاريات التدفق السائل، وما إلى ذلك، أظهرت أنواع مختلفة من البطاريات نطاقًا واسعًا من آفاق التطبيق في مجالات تخزين الطاقة والمركبات الكهربائية. لكن، هناك أيضًا الكثير التحديات والقيود، مثل كثافة الطاقة، ودورة الحياة، والتكلفة. لتعزيز تطوير مصادر الطاقة الجديدة بشكل أفضل، ستقوم هذه السلسلة بتقييم شامل للمزايا والعيوب وسيناريوهات التطبيق لكل نوع من تكنولوجيا البطاريات الجديدة السائدة، وتوفير مراجع وإرشادات قيمة للباحثين والممارسين الصناعيين، وتعزيز الابتكار المستمر في هذا المجال، والمساهمة في التنمية المستدامة للطاقة العالمية.

المقال الرئيسي

تستخدم جميع بطاريات الفاناديوم ذات التدفق السائل أيونات الفاناديوم ذات حالات التكافؤ المختلفة كمواد فعالة للبطاريات، مما يتغلب على مشكلة التلوث المتبادل لإلكتروليت بطارية التدفق السائل. نظرًا لمزايا التصميم المنفصل لطاقة البطارية وطاقتها، والسلامة العالية، ودورة الحياة الطويلة، فقد أصبحت واحدة من أكثر التقنيات الواعدة لتخزين الطاقة على نطاق واسع. ^[1].

تستخدم بطاريات الفاناديوم أيونات الفاناديوم ذات حالات التكافؤ المختلفة كمواد فعالة للإلكتروليت، مما يتجنب مشكلة التلوث المتبادل بين الأيونات المختلفة. وفي الوقت نفسه، فإن الانعكاس الكهروكيميائي بين حالات التكافؤ المختلفة لأيونات الفاناديوم مرتفع والاستقطاب صغير، وهو مناسب للشحن والتفريغ السريع مع التيار العالي. غالبًا ما تُستخدم بطاريات الفاناديوم في ذروة الشبكة، وأنظمة الطاقة الكهروضوئية وطاقة الرياح واسعة النطاق، وأنظمة الطاقة في حالات الطوارئ. تتكون بطاريات الفاناديوم بشكل أساسي من إلكتروليت ومكدس كهربائي ونظام تداول. يلتزم الباحثون في جميع أنحاء العالم باستخدام تركيبة إلكتروليتية مستقرة ومواد إلكترودات متقدمة كأقطاب كهربائية إيجابية وسلبية للبطاريات لتحسين أداء بطاريات الفاناديوم وتحسينه وتقليل تكلفة بطاريات الفاناديوم.

ومع ذلك، فإن بطاريات التدفق السائل المصنوعة من الفاناديوم تحتوي أيضًا على عيوب معينة. أولاً، تتطلب المنتجات الثانوية معالجة عالية وتنتج V2O5، وهي مادة كيميائية شديدة السمية. ثانيا، التكلفة مرتفعة، يمكن أن تصل تكلفة بطارية الفاناديوم الحالية بقدرة 5 كيلو وات فقط إلى أكثر من 400000 دولار. بالإضافة إلى ذلك، مع مراعاة الحد الأعلى للذوبان الأيوني في المنحل بالكهرباء، تكون كثافة الطاقة المحددة لبطارية الفاناديوم منخفضة، ومن الصعب اختراق التكنولوجيا. نفس حجم بطارية الفاناديوم الطاقة يمكن أن يصل إلى 3-5 أضعاف بطارية الليثيوم، وكتلة 2-3 مرات. ولذلك، لا يمكن تطبيق بطاريات الفاناديوم إلا على أنظمة تخزين الطاقة الثابتة، ومن الصعب تطبيقها على السيارات الكهربائية والمنتجات الإلكترونية وغيرها من المجالات. ^[2].

نظرًا للمزايا الكامنة في بطاريات تدفق الفاناديوم بالكامل ومجموعة واسعة من التطبيقات، فقد اجتذبت قدرًا كبيرًا من الاهتمام في العالم، وتم رفع تصنيعها إلى مستوى استراتيجي من الاهتمام من قبل الدول الغربية، وفي بعض البلدان. والمناطق، وصلت جميع بطاريات تدفق الفاناديوم إلى مستوى التشغيل التجاري. في المستقبل، تركز النقاط الساخنة لأبحاث بطاريات تدفق الفاناديوم بالكامل على تحسين أداء مواد الأقطاب الكهربائية، وتطوير أغشية التبادل الأيوني منخفضة التكلفة وانتقائية للغاية وطويلة العمر ذات التركيز العالي والموصلية العالية والاستقرار العالي، وتحسين الاستقرار وكفاءة الطاقة المحددة وتحويل الطاقة للبطارية، وتعزيز تصنيع بطارية تدفق الفاناديوم بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أيضًا تعزيز البحث في حركية تفاعل قطب الفاناديوم الكهربائي، ونظرية المنحل بالكهرباء، والحجاب الحاجز الجديد والمجالات الأساسية الأخرى، وذلك لتوفير أساس أكثر صلابة للبحث والتطوير لبطارية التيار السائل بالكامل من الفاناديوم. القيود المفروضة على تطوير بطاريات التيار السائل بالكامل من الفاناديوم نكون لا يزال عامل التكلفة العالية، وخاصة محطة تخزين الطاقة يمكن استخدامها في سلم بطارية طاقة السيارة الكهربائية المستعملة، ولكن أيضا تضخيم التكلفة العالية لجميع عيوب بطاريات التيار السائل الفاناديوم. وفقًا لإحصائيات غير كاملة، تبلغ التكلفة الحالية لبطارية التيار السائل بالكامل من الفاناديوم حوالي 3-3.2 يوان / واط في الساعة، مقارنة بمتوسط تكلفة بطاريات الليثيوم. cلا تزال القيود المفروضة على تطوير بطاريات التيار السائل بالكامل من الفاناديوم عاملاً عالي التكلفة، خاصة أنه يمكن استخدام محطة تخزين الطاقة في سلم بطارية طاقة السيارة الكهربائية المستعملة، ولكنها تؤدي أيضًا إلى تضخيم التكلفة العالية للتيار السائل بالكامل من الفاناديوم عيوب البطاريات: فقط 1.2-1.5 يوان/وات/ساعة، أي حوالي 40% من بطارية التيار السائل بالكامل من الفاناديوم. على الرغم من أن التكلفة الحالية لجميع بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم مرتفعة نسبيًا، مقارنةً بالاتجاه التاريخي لأسعار بطاريات الليثيوم، فمن المرجح أن تنخفض تكلفة بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال بالكامل مع توسع النطاق.

مراجع:

[1]刘涛,葛灵,تشانغ يي مين.اتجاهات التقدم والتطوير للتقنيات الرئيسية لجميع بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم[ي].الصين تعدين,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]شيه كونغشين,郑琼,لي شيان فنغ وآخرون..أحدث التقدم في تكنولوجيا البطاريات التدفق[ي].علوم وتكنولوجيا تخزين الطاقة,2017,6(05):1050-1057.