バナジウム流れ電池が実用性スケールのエネルギー蓄積の未来であるかもしれないなぜ

国立再生可能エネルギーでテストされているInvinity Energy Systems vanadium flow battery。.. 研究室(2019年)。

Invinity Energy Systems

今年初め、カリフォルニア州エネルギー委員会(CEC)は、長期エネルギー貯蔵の展開のための研究プロジェクトに資金を提供するための2,000万ドルの勧誘を発表した。 目的は、長期エネルギー貯蔵(10時間以上)が2045年までに電力部門を脱炭素化するための州の義務を満たすのに役立つ役割を明確に理解することでした。 リチウムイオンバッテリーは勧誘から除外されました。

Cecは、北米および英国に拠点を置くInvinity Energy Systems plcからバナジウム流れ電池(”VFBs”)を組み込んだ四つのエネルギー貯蔵プロジェクトを選択しました。 四つのサイトは、(太陽光のような)電力を自己生成し、いくつかのケースでは、オフグリッドを動作させる能力を持っているすべての商業や産業施設です。 インビニティの総範囲は、4つのプロジェクト全体で7.8メガワット時間(MWh)のバッテリーです。 目的の一部は、グリッドの停止中に電力供給の中断を避けるために、これらの施設を長期間オフグリッドにすることができるようにすることです。

vfbとは何ですか、そしてそれはよりユビキタスなリチウムイオンバッテリーとどのように違うのですか? これらの質問に答え、Invinity Energy Systemsの詳細を学ぶために、今週はInvinityの最高商業責任者で共同創設者のMatt Harperと同社のコミュニケーションディレクターであるJoe Worthingtonに話

マットは訓練によって機械エンジニアであり、彼は25年間クリーンエネルギー技術を構築してきたと説明しました。 過去の15年の間、彼はずっと流れ電池を開発している。

バナジウムは、一般的に四つの異なる酸化状態で存在することができる元素です。 それはちょうどそれが異なる電荷を持つイオンとして存在することができることを意味します。 例えば、3つの電子を欠いているバナジウムイオンは、V3+の電荷を有するであろう。 それに電子を加えると、それはV2+イオンに変換されます。 この電子の前後の移動は、電池内のバナジウムイオンがV2+からV5+にスイングするため、VFBsを充電および放電させるものです。

これはリチウムイオン電池とは異なり、リチウムが充放電するたびに陰極上のリチウム金属をめっきして枯渇させるという点である。 この反応はほぼ完全に可逆的であるが、それは数千サイクル後に劣化につながり、性能は低下する。

VFBは、水に溶解し、プロトン交換膜によって分離された電解質の二つのタンクで構成されています。 両方の電解質はバナジウムをベースにしています。 電池が満たされ、排出されると同時に、バナジウムイオンは酸化状態の間で単に動きます。 マットによると、これは数十年で測定された期間にわたって数万回行うことができ、バナジウム溶液が電荷を保持する能力を低下させることはない。

彼らは、10-20年ごとに、イオン種が交差する膜には交換が必要であると推定しています。 繰り返しになりますが、これはリチウムイオン電池とは異なり、電池全体を交換する必要があります。 彼らはこれを車のメンテナンスと比較しました。 マットは、彼らが30年以上の充電と放電サイクルを行っている分野で製品を持っていることを示しました。

リチウムイオン電池はエネルギー密度に利点があるため、vfbsは固定用途を対象としています。 但し、格子スケールの貯蔵のための李イオン電池と比較されて、VFBsとの火災危険がありません。 李イオン電池はより遠く離れて間隔をあけるか、または十分な消火がある必要があります。 従って、vfbsはリチウムより堅い詰めることができる従って格子スケール操作のための足跡は対等である。

コストについては、インビニティは、産業市場向けにMWhあたりのLi-ionと同じ球場で電池を価格で販売していると報告しています。 InvinityのVFBの利点は、単一のデバイスが提供できる数十年のサービスのために、時間の経過とともに平準化されたコストで提供されます。 VFBsは20年間毎日多数の完全な周期を満たし、排出できます。 毎日の循環が李イオンに利点を与えるには十分でないかもしれない必要である実用性か商業貯蔵の適用のための李イオン電池とのたくさんの周期を、得るかもしれないのに。

インビニティのコア技術であるvfbの中核となる”セルスタック”は、カナダのバンクーバーで開発–製造されています。 会社はまた金属のエンクロージャをする中国で製造者があります。 但し、最終組立はプロジェクトが取付けのサイズが提供された原因であるところにできるだけ近く行われる。

Invinityは、ヨーロッパ、北米、アフリカ、アジア、オーストラリアの40以上のサイトにvfbsの商用アプリケーションをインストールしています。 以下は、2年間稼働している中国での2MWhプロジェクトです。

2 中国のHuangheの水力発電のMWhの取付け。

インビニティエネルギーシステム。

私はInvinityがこのスペースの競合他社とは何が違うのか尋ねました。 Mattは、Invinityが取ったアプローチは、化学の基礎を取り、それらをターンキー製品として提供することだったと私に言いました。 それらは大量の製造業に価格を得、良質管理を得るために頼りました。 一部のVFBメーカーは、生産を標準化していないため、低コストの製品を提供できませんでした。 インビニティは2017年から約250のモジュールを生産しており、現在、英国のEnergy Superhub Oxfordの一部である162のモジュールを持つサイトを構築しています。

現在、Vフロー電池の商用用途があります。 焦点はピーク税率の期間、格子スケールの生成の公平なビット、および個人がいつもまたは停電の間に格子から離れたいと思う独立microgridを相殺している商業/

最後に、バナジウムの供給について尋ねました。 私はバナジウムが地球の地殻の13番目に豊富な金属元素であることを学びました。 それは銅よりも豊富です。 さらに、電池内のバナジウムの供給は、バナジウムイオンが酸化状態の間を移動し、破壊または劣化しないように、実質的に無限にリサイクルするこ 無限に再利用可能であるバナジウム電解質に加えて、InvinityのVFBのバランスは、簡単にリサイクルすることができ、鋼や家庭用プラスチックのような一般的な材料のほぼ完全に作られています。

米国には大きなバナジウム資源があり、現在、供給の90%が鉄鋼製造に入っています。 したがって、中国のような鉄鋼生産地域は現在、バナジウムの最大の生産国です。

結論として、MattはLiイオン電池がエネルギー貯蔵が有益であることを証明し、Vfbがその進歩から恩恵を受けていることを認めた。 彼は、リチウムイオン電池は年に2-4時間のエネルギーを50回貯蔵するのに最適ですが、VFBsは毎日エネルギーが必要な長時間の用途で輝きます。

しかし、特定の技術、特にグリッドストレージ用のリチウムイオン電池のようなほぼ独占的にオフショアで製造される技術の集中が懸念されています。 従って、VFBsは貯蔵スペースの多様化を、製造業の位置の、そして多分李イオン電池のためのよりよい適合である市場で指示されて提供する。

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