Kurzanalyse aller Vanadium-Redox-Flow-Batterien

Kurzanalyse aller Vanadium-Redox-Flow-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien sind in den letzten Jahren in der Energiespeicherindustrie sehr heiß geworden. Laut Statistik machten Lithium-Ionen-Batterien bei der neu installierten Kapazität der Energiespeichertechnologie im Jahr 2014 bis zu 74% aus. Teslas Superbatteriefabrik entschied sich für Lithium-Ionen-Batterietechnologie für Forschung und Entwicklung sowie für die Produktion. Sie haben auch Powerwall für den kleinen Energiespeichermarkt eingeführt, der vom Markt allgemein begrüßt wird. Tatsächlich haben jedoch abhängig von den Anforderungen der Energiespeichertechnologie im Anwendungsbereich verschiedene Energiespeichertechnologien geeignete Anwendungsbereiche. Bei großen Energiespeicheranwendungen sind Lithium-Ionen-Batterien auf Konkurrenten gestoßen. Laut ausländischen Medienberichten unterstützt das US-Energieministerium die US-amerikanischen UniEnergy Technologies bei der Umsetzung eines neuen Projekts zur Speicherung von Energiespeichern für Durchflussbatterien. Skalierung und Netzintegration. Ionenbatterien wurden verglichen und verglichen.

Energiespeichertechnologie, jeder wird das Gefühl haben, dass Japan, die Vereinigten Staaten, das meiste Vieh sind, aber im Bereich der Durchflussbatterien kann China als die Nummer 1 der Welt bezeichnet werden. Derzeit wird das weltweit größte Energiespeichersystem für All-Vanadium-Durchflussbatterien von chinesischen Unternehmen entwickelt, und der internationale Standard für Flüssigkeitsdurchflussbatterien wird auch von chinesischen Wissenschaftlern erforscht und entwickelt. Can Dou besucht den Leiter des Standardsystems und war außerdem Chefingenieur des weltweit größten Projekts für All-Vanadium-Durchflussbatteriesysteme, Professor Zhang Huamin.

Professor Zhang ist derzeit Principal Investigator des Dalian Institute of Chemical Physics, Direktor des National Key Laboratory of Energy Flow Battery Energy Storage Technology und stellvertretender General Manager und Chefingenieur der Dalian Rongke Energy Storage Technology Development Co., Ltd. Professor Zhang Huamin war eine talentierte Person der Chinesischen Akademie der Wissenschaften im Jahr 2000 und kehrte nach China zurück, um am Dalian Institute of Chemical Physics zu arbeiten. Er studierte in Japan und arbeitete an der Brennstoffzellenforschung. Nach seiner Rückkehr nach China war Professor Zhang Huamin Direktor des Brennstoffzellen-Forschungszentrums, Assistent des Direktors und Minister der Abteilung für Energiespeichertechnologie.

Warum wechselte Professor Zhang Huamin von einer Brennstoffzelle zu einer Durchflussbatterie? Was ist seit 2000 mit Chinas Energiespeicher in 15 Jahren passiert? Was ist die Zukunft der Entwicklung der Energiespeichertechnologie? Bitte beachten Sie den allmächtigen Gipfel 2015. Der Energie-Sprecher Professor Zhang Huamin als besonderer Gast wird seine wundervolle Erfahrung und sein Urteil über den zukünftigen blauen Ozean der Energiespeichertechnologie teilen.

Heute kann ich Sie mit der Wissenschaft einer Durchflussbatterie im Voraus vertraut machen und sehen, warum die Zukunft der Energiespeicherung in großem Maßstab hier liegt.

Durchflussbatterie ABC

1. Was ist eine Durchflussbatterie?

Eine Durchflussbatterie ist eine Sekundärbatterietechnologie, bei der ein aktives Material in einem flüssigen Elektrolyten vorhanden ist. Der Elektrolyt wird außerhalb des Stapels platziert, fließt unter dem Druck der Umwälzpumpe durch den Stapel, und es findet eine elektrochemische Reaktion statt, um die chemische Energie und die elektrische Energie umzuwandeln, wodurch die Speicherung und Freisetzung der elektrischen Energie realisiert wird.

2. Was sind die Eigenschaften der Durchflussbatterie?

1 Die Energiespeicherkapazität lässt sich leicht an die Waage anpassen. Die Ausgangsleistung der Batterie hängt von der Größe und Anzahl der Stapel ab. Die Energiespeicherkapazität hängt von der Elektrolytkapazität und -konzentration ab. Daher ist das Skalendesign der Durchflussbatterie sehr flexibel: Solange die Fläche des Stapels und die Anzahl der Stapel erhöht werden, kann die Leistung erhöht werden. Leistung; Wenn das Volumen des Elektrolyten erhöht wird, kann die Energiespeicherkapazität erhöht werden.

2 Die Durchflusszelle hat einen hohen Freiheitsgrad bei der Standortauswahl. Das System kann vollautomatisch geschlossen, ohne Umweltverschmutzung, einfache Wartung und niedrige Betriebskosten betrieben werden.

3 hohe Sicherheit. Die Elektrolytlösung ist eine wässrige Lösung, und das Batteriesystem weist keine potenzielle Explosions- oder Brandgefahr auf und ist sehr sicher.

3. Art der Durchflussbatterie

Entsprechend den verschiedenen Wirkstoffen kann die Durchflussbatterie in verschiedene technische Wege wie Vanadium, Zink / Brom, Natriumpolysulfid / Bromid und Eisen / Chrom unterteilt werden. Bisher beträgt die installierte Gesamtkapazität von Flüssigkeitsbatterien weltweit etwa 68 MW, wovon 40% auf alle Vanadium-Redox-Durchflussbatterien entfallen. Aufgrund der aktuellen Technologie-Reife und der Auswirkungen auf technische Anwendungen ist die gesamte Vanadium-Redox-Flow-Batterietechnologie in die Phase der technischen Anwendung und Marktentwicklung eingetreten, und die Kommerzialisierung hat begonnen. Die Zink-Brom-Durchflussbatterietechnologie ist in die Phase der Anwendungsdemonstration und Marktentwicklung eingetreten. Andere Durchflussbatterien befinden sich noch in der Forschungsphase.

Das positive Elektrodenpaar aller Vanadium-Redox-Flow-Energiespeicherbatterien ist VO2 + / VO2 +, und das negative Elektrodenpaar ist V2 + / V3 +. Die Elektrode hat die folgende elektrochemische Reaktion:

4. Technische Eigenschaften aller Vanadium-Flow-Batterien

1 Lange Lebensdauer: Die Lade- und Entladezeit aller Vanadium-Redox-Energiespeicherbatterien kann mehr als 13.000 Zyklen erreichen, und die Kalenderlebensdauer beträgt über 15 Jahre.

2Lade- und Entladeeigenschaften sind gut: Das Energiespeichersystem der All-Vanadium-Durchflussbatterie weist die Eigenschaften eines schnellen, tiefen Ladens und Entladens auf, ohne die Lebensdauer der Batterie zu beeinträchtigen, und die Gleichmäßigkeit jeder einzelnen Zelle ist gut. Darüber hinaus weisen Vanadiumionen eine hohe elektrochemische Reversibilität und eine geringe elektrochemische Polarisation auf, was sich sehr gut zum schnellen Laden und Entladen großer Ströme eignet.

3 Leistungs- und kapazitätsunabhängiges Design: Die Leistung der All-Vanadium-Durchflussbatterie wird durch die Größe und Menge des Stapels bestimmt, und die Kapazität wird durch die Konzentration und das Volumen des Elektrolyten bestimmt. Daher kann die Leistungserweiterung durch Erhöhen der Leistung des Stapels und Erhöhen der Anzahl von Stapeln erreicht werden, und die Erhöhung der Kapazität kann durch Erhöhen des Volumens des Elektrolyten erreicht werden.

4Sicherheit und Umweltschutz: Das All-Vanadium-Flow-Batteriespeichersystem arbeitet unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen, was nicht nur die Lebensdauer der Batteriekomponenten verlängert, sondern auch eine sehr gute Sicherheitsleistung aufweist. Darüber hinaus kann die Elektrolytlösung recycelt und recycelt werden, was umweltfreundlich ist und Ressourcen spart. Die meisten Batteriekomponenten sind preiswerte Kohlenstoffmaterialien, technische Kunststoffe, lange Lebensdauer, reichhaltige Materialquellen, ausgereifte Verarbeitungstechnologie und einfaches Recycling.

Im Allgemeinen haben alle Vanadium-Redox-Flow-Batterien eine Kapazität von Hunderten von Kilowatt bis Hunderten von Megawatt, und die Energiespeicherkapazität beträgt Hunderte von Kilowattstunden bis Hunderten von Megawatt. Es hat offensichtliche Vorteile und ist eine der bevorzugten Technologien für eine großflächige und effiziente Energiespeichertechnologie.

5. Vor welchen Herausforderungen stehen alle Vanadium-Redox-Flow-Batterien?

1 Ionenaustauschermembrantechnologie. Die Ionenaustauschermembran kann die gegenseitige Ionenpermeabilität zwischen den positiven und negativen Elektrolyten beeinflussen, wodurch die Energieeffizienz der Durchflussbatterie und die Lebensdauer der Batterie beeinflusst werden. Es ist notwendig, eine hochselektive und hochleitfähige Ionenaustauschermembran für eine Flüssigkeitsstrombatterie zu erforschen und zu entwickeln.

2 Elektrolytaufbereitungstechnologie mit hoher Konzentration und hoher Stabilität. Zuvor machten die Elektrolytkosten fast 50% der Gesamtkosten aus. Gegenwärtig ist aufgrund des Rückgangs der Batteriekosten der Anteil der Elektrolytkosten größer.

3 Die Energiedichte ist gering und das Volumen groß. Das Batteriesystem muss mit vielen Hilfskomponenten wie Rohrleitungen, Ventilkomponenten, Elektrolytumwälzpumpen, Wärmetauschern usw. ausgestattet sein, was die Durchflussbatterie komplizierter macht und höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Batteriesystems stellt.

6. Wie ist der aktuelle Status und die Aussichten für die Entwicklung von Durchflussbatterien?

Die All-Vanadium-Durchflussbatterie eignet sich zur Energiespeicherung in Spitzenrasur-Stromversorgungssystemen, Photovoltaik-Großanlagen, Windkraftanlagen und unterbrechungsfreien Stromversorgungen oder Notstromversorgungssystemen.

Zu den weltweiten Herstellern von All-Vanadium-Durchflussbatterien gehören hauptsächlich: die japanische Sumitomo Electric Company, die Dalian Rongke Energy Storage Technology Development Co., Ltd. (im Folgenden als Rongke Energy Storage Company bezeichnet), UniEnergy Technologies aus den USA und Gildemeister aus Österreich .

Sumitomo Electric Co., Ltd. begann in den 1990er Jahren mit der Forschung und Entwicklung der All-Vanadium-Flow-Batterietechnologie. Es verfügt über eine führende Systemintegration und technische Anwendungstechnologie, aber seine wichtigsten funktionalen Materialien und Komponenten hängen vom Outsourcing ab und die Kosten sind hoch. UniEnergy Technologies aus den USA verfügt über die weltweit führende All-Vanadium-Flow-Batterietechnologie mit gemischten Säuren und ist für den Bau des ersten All-Vanadium-Flow-Batteriespeicherkraftwerks der Megawattklasse in den USA verantwortlich. Gildemeister entwickelt seit 2002 All-Vanadium-Flüssigkeitsspeicher-Energiespeicherbatterien. Die Produkte werden hauptsächlich in Solarphotovoltaikzellen zur Stromversorgung in abgelegenen Gebieten und in Ladestationen für Elektrofahrzeuge eingesetzt.

Chinas All-Vanadium-Flüssigenergiespeichertechnologie und die industrielle Entwicklung sind auf dem weltweit führenden Niveau. Derzeit hat die Rongke Energy Storage Company eine installierte Kapazität aller Vanadium-Redox-Flow-Batterien von mehr als 12 MW realisiert, was 40% der weltweit installierten Gesamtkapazität entspricht. Im Jahr 2013 hat das weltweit größte 5-MW / 10-MWh-All-Vanadium-Flow-Batteriespeichersystem, das gemeinsam von der Rongke Energy Storage Company und dem Dalian Institute of Chemical Industry entwickelt wurde, die Akzeptanz des Eigentümers erfolgreich bestanden. Dies ist das weltweit erste 5 MW, das an das Stromnetz angeschlossen ist. Bei den großtechnischen industriellen Energiespeichern sind alle Indikatoren auf international führendem Niveau.

Im Jahr 2014 hat Rongke Energy Storage Co., Ltd. in Zusammenarbeit mit der Bosch Group (BOSCH) ein Energiespeichersystem mit einer Gesamt-Vanadium-Durchflussbatterie von 250 kW / 1 MWh im norddeutschen Windpark gebaut. Das System ist derzeit das größte All-Vanadium-Durchflussbatteriesystem in Europa, und seine Leistung und Stabilität werden von Kunden in Übersee hoch geschätzt. Rongke Energy Storage Co., Ltd. arbeitete auch mit UniEnergy Technologies aus den USA zusammen, um das erste Megawatt-All-Vanadium-Flüssigenergiespeicher-Kraftwerk in den USA zu bauen.

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