État de l'application des nouvelles batteries à énergie et analyse de leur développement (III)

Batterie à courant liquide au vanadium

Introduction

Avec l'attention croissante portée aux questions énergétiques dans le monde, de nouveaux énergie les technologies de batteries sont progressivement devenues la priorité absolue de la recherche scientifique et du développement industriel dans divers pays dans le contexte de la transition énergétique et du développement durable. Des batteries lithium-ion traditionnelles aux piles à combustible à hydrogène plus avant-gardistes, en passant par les batteries à flux liquide, etc., différents types de batteries ont montré un large éventail de perspectives d'application dans les domaines du stockage d'énergie et des véhicules électriques. Cependant, il y en a aussi beaucoup défis et limites, tels que la densité énergétique, la durée de vie et le coût. Afin de mieux promouvoir le développement de nouvelles sources d'énergie, cette série évaluera de manière exhaustive les avantages, les inconvénients et les scénarios d'application de chaque type de nouvelle technologie de batterie grand public, fournira des références et des conseils précieux aux chercheurs et aux praticiens industriels, promouvra l'innovation continue dans ce domaine, et contribuer au développement durable de l’énergie mondiale.

Article principal

Les batteries à flux liquide entièrement vanadium utilisent des ions vanadium de différents états de valence comme substances actives des batteries, ce qui résout le problème de contamination croisée de l'électrolyte de la batterie à flux liquide. En raison des avantages d'une conception séparée de l'énergie et de la puissance des batteries, d'une sécurité élevée et d'une longue durée de vie, elle est devenue l'une des technologies les plus prometteuses pour le stockage d'énergie à grande échelle. ^[1].

Les batteries au vanadium utilisent des ions vanadium de différents états de valence comme substances actives de l'électrolyte, ce qui évite le problème de contamination croisée entre différents ions. Dans le même temps, la réversibilité électrochimique entre les différents états de valence des ions vanadium est élevée et la polarisation est faible, ce qui convient à une charge et une décharge rapides avec un courant élevé. Les batteries au vanadium sont souvent utilisées pour les systèmes de pointe du réseau, les systèmes d'énergie photovoltaïque et éolienne à grande échelle et les systèmes d'alimentation de secours. Les batteries au vanadium sont principalement composées d'électrolyte, de pile électrique et de système de circulation. Les chercheurs du monde entier s'engagent à utiliser une composition électrolytique stable et des matériaux d'électrode avancés comme électrodes positives et négatives des batteries pour améliorer et optimiser les performances des batteries au vanadium et réduire le coût des batteries au vanadium.

Cependant, les batteries à flux liquide entièrement vanadium présentent également certains défauts. Premièrement, les sous-produits nécessitent un traitement approfondi et produisent du V2O5, un produit chimique hautement toxique. Deuxièmement, le coût est élevé, le coût matériel actuel de la batterie au vanadium de 5 kW uniquement peut dépasser 400 000 dollars. De plus, sous réserve de la limite supérieure de solubilité des ions dans l'électrolyte, la densité énergétique spécifique des batteries au vanadium est faible et la technologie est difficile à percer. Le même volume d'énergie de la batterie au vanadium peut être jusqu'à 3 à 5 fois supérieur à celui de la batterie au lithium, la masse de 2 à 3 fois. Par conséquent, les batteries au vanadium ne peuvent être appliquées qu'aux systèmes de stockage d'énergie statique et sont difficiles à appliquer aux véhicules électriques, aux produits électroniques et à d'autres domaines. ^[2].

En raison des avantages inhérents aux batteries à flux tout vanadium et de leur large gamme d'applications, elles ont attiré beaucoup d'attention dans le monde et leur industrialisation a été portée à un niveau d'attention stratégique par les pays occidentaux, et dans certains pays. et les régions, les batteries à flux entièrement vanadium ont atteint le niveau d'exploitation commerciale. À l'avenir, les points chauds de la recherche sur les batteries à flux tout vanadium se concentrent sur l'amélioration des performances des matériaux d'électrode, le développement de membranes échangeuses d'ions à faible coût, hautement sélectives et à longue durée de vie et d'électrolytes à haute concentration, haute conductivité et haute stabilité, amélioration la stabilité, l'énergie spécifique et l'efficacité de conversion d'énergie de la batterie, et promouvoir l'industrialisation de la batterie à flux entièrement vanadium. En outre, il devrait également renforcer la recherche sur la cinétique de réaction des électrodes à ions vanadium, la théorie des électrolytes, les nouveaux diaphragmes et d'autres domaines fondamentaux, afin de fournir une base plus solide pour la recherche et le développement de batteries à courant liquide entièrement au vanadium. Contraintes sur le développement de batteries à courant liquide tout vanadium sont toujours le facteur de coût élevé, en particulier la station de stockage d'énergie peut être utilisée dans l'échelle de batterie de puissance de véhicule électrique d'occasion, mais amplifie également le coût élevé des inconvénients des batteries à courant liquide tout vanadium. Selon des statistiques incomplètes, le coût actuel des batteries à courant liquide entièrement au vanadium est d'environ 3 à 3,2 yuans/Wh, par rapport au coût moyen des batteries au lithium. cles contraintes sur le développement des batteries à courant liquide tout vanadium sont toujours le facteur de coût élevé, en particulier la station de stockage d'énergie peut être utilisée dans l'échelle des batteries de puissance des véhicules électriques d'occasion, mais amplifient également le coût élevé du courant liquide tout vanadium Inconvénients des batteries : seulement 1,2-1,5 yuans/Wh, soit environ 40 % de la batterie à courant liquide entièrement vanadium. Bien que le coût actuel des batteries à flux redox tout vanadium soit relativement élevé, par rapport à la tendance historique des prix des batteries au lithium, le coût des batteries à flux redox tout vanadium est susceptible de chuter à mesure que l'échelle augmente.

Les références:

[1]刘涛,葛灵,Zhang Yimin.Progrès et tendances de développement des technologies clés pour les batteries à flux redox tout vanadium[J].Métallurgie chinoise,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-9356.20221005

[2]Xie Congxin,郑琼,Li Xianfeng et coll..Derniers progrès dans la technologie des batteries à flux[J].Science et technologie du stockage d’énergie,2017,6(05):1050-1057.