Varför Vanadinflödesbatterier kan vara framtiden för energilagring i Energiskala

ett Invinity Energy Systems vanadin flödesbatteri testas vid National Renewable Energy … Laboratorium (2019).

Invinity Energy Systems

tidigare i år publicerade California Energy Commission (CEC) en $20 miljoner uppmaning att finansiera forskningsprojekt för utplacering av långvarig energilagring. Målet var att utveckla en tydlig förståelse för den roll som långvarig energilagring (10 timmar eller mer) kan spela för att hjälpa till att uppfylla statens mandat att minska koldioxidutsläppen från elsektorn till 2045. Litiumjonbatterier uteslöts från uppmaningen.

CEC valde fyra energilagringsprojekt med vanadinflödesbatterier (“VFBs”) från Nordamerika och UK-baserade Invinity Energy Systems plc. De fyra platserna är alla kommersiella eller industriella anläggningar som vill själv generera kraft (som sol) och i vissa fall har förmågan att driva off-grid. Invinitys totala omfattning är 7,8 megawattimmar (MWh) batterier över de fyra projekten. En del av målet är att kunna ta dessa anläggningar utanför nätet under en längre tid, för att undvika avbrott i deras strömförsörjning under nätavbrott.

Vad är en VFB, och hur skiljer det sig från det mer allestädes närvarande litiumjonbatteriet? För att svara på dessa frågor och lära mig mer om Invinity Energy Systems, talade jag i veckan med Invinitys Chief Commercial Officer och medgrundare, Matt Harper och Joe Worthington, företagets kommunikationsdirektör.

Matt är maskiningenjör genom utbildning, och han förklarade att han har byggt ren energiteknik i 25 år. Under de senaste 15 åren har han utvecklat flödesbatterier.

vanadin är ett element som vanligtvis kan existera i fyra olika oxidationstillstånd. Det betyder bara att det kan existera som en jon med olika laddningar. Till exempel skulle en vanadinjon som saknar tre elektroner ha en laddning av V3+. Om du lägger till en elektron till den omvandlas den till en V2+ Jon. Denna överföring av elektroner fram och tillbaka är det som gör VFBs laddning och urladdning, eftersom vanadinjonerna i batteriet svänger från V2+ till V5+.

detta skiljer sig från litiumjonbatterier genom att varje gång litiumladdningar och urladdningar pläterar och tömmer litiummetall på katoden. Även om denna reaktion är nästan helt reversibel, kommer den att leda till nedbrytning efter några tusen cykler och prestanda kommer att minska.

en VFB består av två tankar elektrolyt upplöst i vatten och åtskilda av ett protonbytesmembran. Båda elektrolyterna är vanadinbaserade. När batterierna laddas och laddas ur flyttas vanadinjoner helt enkelt mellan oxidationstillstånd. Enligt Matt kan detta göras tiotusentals gånger under en tidsperiod mätt i årtionden, utan försämring av vanadinlösningarnas förmåga att hålla laddning.

de uppskattar att varje 10-20 år kommer membranet som den joniska arten korsar att kräva en ersättning. Återigen är detta till skillnad från ett litiumjonbatteri där hela batteriet skulle behöva bytas ut. De jämförde detta med underhåll på en bil. Matt indikerade att de har produkter i fältet som har gjort mer än 30 års laddning och urladdning cykling.

Li-ion-batterier har en fördel i energitäthet, varför VfB: er riktas mot stationära applikationer. Jämfört med Li-ion-batterier för lagring av nätskala finns det dock ingen brandrisk med VFBs. Li-ion-batterier måste vara åtskilda längre ifrån varandra eller ha tillräcklig brandsläckning. Således kan VfB: er packas hårdare än litium, så fotavtrycket för nätskala är jämförbart.

när det gäller kostnaden rapporterar Invinity att de säljer sina batterier till ett pris i samma ballpark som Li-ion per MWh för industrimarknaden. Fördelen med Invinitys VFB kommer i den jämna kostnaden över tiden på grund av årtionden av service som en enda enhet kan leverera. VFBs kan ladda och ladda flera hela cykler dagligen i 20 år. Även om du kan få tusentals cykler med ett Li-ion-batteri, för ett verktyg eller kommersiell lagringsapplikation där daglig cykling behövs som kanske inte räcker för att ge Li-ion fördelen.

Invinitys kärnteknologi – “cellstacken” i kärnan i VFB – utvecklas och tillverkas i Vancouver, Kanada. Företaget har också en leverantör i Kina som gör metallhöljen. Slutmontering sker dock så nära som möjligt där projekt levereras på grund av anläggningarnas storlek.

Invinity har kommersiella tillämpningar av sina VfB installerade på mer än 40 platser i Europa, Nordamerika, afrika, Asien och Australasien. Nedan är ett 2 MWh-projekt i Kina som har varit i drift i två år.

2 MWh installation på Huanghe Hydro i Kina.

Invinity Energisystem.

jag frågade Vad Invinity gör annorlunda än konkurrenter i detta utrymme. Matt berättade för mig att det tillvägagångssätt som Invinity tog var att ta grunden för Kemi och leverera dem som en nyckelfärdig produkt. De förlitade sig på tillverkning med hög volym för att få ner priset och få god kvalitetskontroll. Vissa VfB-tillverkare kunde inte leverera lågkostnadsprodukt eftersom de inte standardiserade produktionen. Invinity har producerat cirka 250 moduler sedan 2017, och de bygger för närvarande en webbplats, en del av Energy Superhub Oxford i Storbritannien, som kommer att ha 162 moduler.

det finns för närvarande kommersiella tillämpningar av v-flödesbatterier. Fokus ligger på kommersiella / industriella applikationer som kompenserar topptullperioder, en rättvis bit i nätskalig generation, och även fristående mikronät där individer vill vara off-grid hela tiden eller under strömavbrott.

slutligen frågade jag om leverans av vanadin. Jag lärde mig att vanadin är det 13: e vanligaste metallelementet i jordskorpan. Det är rikligare än koppar. Vidare kan tillförseln av vanadin i batteriet återvinnas praktiskt taget oändligt när vanadinjonerna flyttas mellan oxidationstillstånd och inte förstörs eller försämras. Förutom att vanadinelektrolyten är oändligt återanvändbar, är balansen i Invinitys VFB nästan helt tillverkad av vanliga material, som stål och hushållsplast, som lätt kan återvinnas.

det finns stora vanadinresurser i USA för närvarande går 90% av utbudet till ståltillverkning. Så, stålproducerande regioner som Kina är för närvarande de största producenterna av vanadin.

Sammanfattningsvis erkände Matt att Li-ion-batterier har visat att energilagring kan vara lönsamt, och VfB har dragit nytta av framstegen. Han tillade att Li-ion-batterier är bra för att lagra 2-4 timmars energi 50 gånger om året, men VfB lyser i långvariga applikationer där energi krävs varje dag; till exempel när man försöker göra solenergi tillgänglig på begäran dygnet runt.

men koncentration kring en specifik teknik — särskilt en som Li-ion-batteriet som för nätlagring tillverkas nästan uteslutande offshore — är ett problem. Så, VFBs erbjuder diversifiering i lagringsutrymmet, både på tillverkningsplatsen och riktad mot en marknad som kanske passar bättre än för Li-ion-batterier.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.