Perché le batterie a flusso di vanadio potrebbero essere il futuro dello stoccaggio di energia su scala di utilità

Un Invinity Energy Systems vanadium flow batteria in fase di test presso il National Renewable Energy … Laboratorio (2019).

Invinity Energy Systems

All’inizio di quest’anno, la California Energy Commission (CEC) ha pubblicato una sollecitazione di million 20 milioni per finanziare progetti di ricerca per la distribuzione di stoccaggio di energia di lunga durata. L’obiettivo era quello di sviluppare una chiara comprensione del ruolo che lo stoccaggio di energia di lunga durata (10 ore o più) può svolgere nel contribuire a soddisfare i mandati dello stato per decarbonizzare il settore elettrico entro il 2045. Le batterie agli ioni di litio sono state escluse dalla sollecitazione.

La CEC ha selezionato quattro progetti di accumulo di energia che incorporano batterie al vanadio (“VFBs”) provenienti dal Nord America e da Invinity Energy Systems plc, con sede nel Regno Unito. I quattro siti sono tutti impianti commerciali o industriali che vogliono auto-generare energia (come solare) e in alcuni casi hanno la capacità di operare off-grid. La portata totale di Invinity è di 7,8 megawattora (MWh) di batterie nei quattro progetti. Parte dell’obiettivo è quello di essere in grado di prendere quelle strutture off-grid per un lungo periodo di tempo, per evitare interruzioni alla loro alimentazione durante le interruzioni di rete.

Che cos’è un VFB e in che cosa differisce dalla più onnipresente batteria agli ioni di litio? Per rispondere a queste domande e saperne di più su Invinity Energy Systems, questa settimana ho parlato con il Chief Commercial Officer e co-fondatore di Invinity, Matt Harper e Joe Worthington, direttore delle comunicazioni dell’azienda.

Matt è un ingegnere meccanico di formazione, e ha spiegato che ha costruito la tecnologia di energia pulita per 25 anni. Negli ultimi 15 anni, ha sviluppato batterie di flusso.

Il vanadio è un elemento che può comunemente esistere in quattro diversi stati di ossidazione. Ciò significa solo che può esistere come uno ion con cariche diverse. Ad esempio, uno van vanadio che manca di tre elettroni avrebbe una carica di V3+. Se si aggiunge un elettrone ad esso, si converte in uno ion V2+. Questo trasferimento di elettroni avanti e indietro è ciò che rende VFBs carica e scarica, come gli ioni vanadio nella oscillazione batteria da V2+ a V5+.

Questo differisce dalle batterie agli ioni di litio in quanto ogni volta che il litio carica e scarica è placcatura e deplating litio metallo sul catodo. Sebbene questa reazione sia quasi completamente reversibile, porterà alla degradazione dopo poche migliaia di cicli e le prestazioni diminuiranno.

Un VFB è costituito da due serbatoi di elettrolita disciolti in acqua e separati da una membrana a scambio protonico. Entrambi gli elettroliti sono a base di vanadio. Poiché le batterie sono cariche e scariche, gli ioni vanadio vengono semplicemente spostati tra gli stati di ossidazione. Secondo Matt, questo può essere fatto decine di migliaia di volte in un periodo di tempo misurato in decenni, senza degradazione nella capacità delle soluzioni di vanadio di tenere la carica.

Stimano che ogni 10-20 anni, la membrana che la specie ionica attraversa richiederà una sostituzione. Ancora una volta, questo è diverso da una batteria agli ioni di litio in cui l’intera batteria dovrebbe essere sostituita. Hanno paragonato questo alla manutenzione di un’auto. Matt ha indicato che hanno prodotti nel campo che hanno fatto più di 30 anni di carica e scarica in bicicletta.

Le batterie agli ioni di litio hanno un vantaggio nella densità di energia, motivo per cui i VFB sono destinati alle applicazioni fisse. Tuttavia, rispetto alle batterie agli ioni di litio per lo stoccaggio della scala di rete, non vi è alcun rischio di incendio con VFBs. Le batterie agli ioni di litio devono essere distanziate più lontano o avere sufficiente soppressione del fuoco. Così, VFBs può essere imballato più stretto del litio, in modo dall’orma per l’operazione della griglia-scala è comparabile.

Per quanto riguarda il costo, Invinity riferisce di vendere le proprie batterie ad un prezzo pari a quello degli ioni di litio per MWh per il mercato industriale. Il vantaggio del VFB di Invinity è il costo livellato nel tempo a causa dei decenni di servizio che un singolo dispositivo può fornire. VFBs può caricare e scaricare più cicli completi al giorno per 20 anni. Anche se si possono ottenere migliaia di cicli con una batteria agli ioni di litio, per un’applicazione di utilità o di archiviazione commerciale in cui è necessario il ciclismo quotidiano che potrebbe non essere sufficiente per dare agli ioni di litio il vantaggio.

La tecnologia di base di Invinity – il “cell stack” al centro del VFB – è sviluppata e prodotta a Vancouver, in Canada. La società ha anche un fornitore in Cina che fa recinzioni metalliche. Tuttavia, l’assemblaggio finale viene eseguito il più vicino possibile a dove vengono consegnati i progetti a causa delle dimensioni degli impianti.

Invinity ha applicazioni commerciali dei suoi VFBs installati in più di 40 siti in Europa, Nord America, Africa, Asia e Australasia. Di seguito è riportato un progetto di 2 MWh in Cina che è stato in funzione per due anni.

2 Installazione MWh a Huanghe Hydro in Cina.

Sistemi energetici Invinity.

Ho chiesto cosa fa Invinity in modo diverso dai concorrenti in questo spazio. Matt mi ha detto che l’approccio che Invinity ha preso è stato quello di prendere i fondamenti della chimica e consegnarli come un prodotto chiavi in mano. Hanno fatto affidamento sulla produzione ad alto volume per ridurre il prezzo e ottenere un buon controllo di qualità. Alcuni produttori di VFB non potevano fornire prodotti a basso costo perché non standardizzavano la produzione. Invinity ha prodotto circa 250 moduli dal 2017, e stanno attualmente costruendo un sito, parte dell’Energy Superhub Oxford nel Regno Unito, che avrà moduli 162.

Ci sono attualmente applicazioni commerciali di batterie V flow. L’attenzione è rivolta alle applicazioni commerciali / industriali che stanno compensando i periodi tariffari di picco, un bel po ‘ nella generazione su scala di rete e anche microgrid standalone in cui gli individui vogliono essere off-grid tutto il tempo o durante le interruzioni di corrente.

Infine, ho chiesto della fornitura di vanadio. Ho imparato che il vanadio è il 13 ° elemento metallico più abbondante nella crosta terrestre. È più abbondante del rame. Inoltre, la fornitura di vanadio nella batteria può essere riciclata praticamente all’infinito mentre gli ioni vanadio vengono spostati tra stati di ossidazione e non distrutti o degradati. Oltre all’elettrolita al vanadio che è infinitamente riutilizzabile, l’equilibrio del VFB di Invinity è fatto quasi interamente di materiali comuni, come l’acciaio e la plastica domestica, che possono essere facilmente riciclati.

Ci sono grandi risorse di vanadio negli Stati Uniti Allo stato attuale, il 90% della fornitura va nella produzione di acciaio. Quindi, le regioni produttrici di acciaio come la Cina sono attualmente i maggiori produttori di vanadio.

In conclusione, Matt ha riconosciuto che le batterie agli ioni di litio hanno dimostrato che lo stoccaggio di energia può essere redditizio, e VFBs hanno beneficiato dei progressi. Egli ha aggiunto che le batterie Li-ion sono grandi per la memorizzazione di 2-4 ore di energia 50 volte l’anno, ma VFBs brillare in applicazioni di lunga durata in cui l’energia è richiesta ogni giorno; per esempio, quando si cerca di rendere l’energia solare disponibile su richiesta tutto il giorno.

Ma la concentrazione attorno a una tecnologia specifica — in particolare una come la batteria agli ioni di litio che per lo stoccaggio della rete è prodotta quasi esclusivamente in mare aperto-è una preoccupazione. Così, VFBs offrono diversificazione nello spazio di archiviazione, sia nel luogo di produzione, e diretto a un mercato che è forse una misura migliore rispetto per le batterie Li-ion.

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