بطاريات تدفق أكسدة الفاناديوم المختلطة: قوة جديدة في تخزين الطاقة في المستقبل

في قطاع الطاقة اليوم، يعد تطوير تكنولوجيا تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية. وباعتبارها تقنية ناشئة، تكتسب بطاريات تدفق أكسدة الفاناديوم الحمراء (VRBs) اهتماماً واسع النطاق. ما هي بالضبط بطارية تدفق أكسدة الفاناديوم المختلطة؟ وكيف يمكن مقارنتها ببطاريات الليثيوم المستخدمة على نطاق واسع؟ دعونا نتعمق أكثر.

1. ما هي بطارية تدفق أكسدة الفاناديوم المختزلة؟

بطارية تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم (VRB) هي نوع من بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال التي تستخدم أيونات الفاناديوم في حالات أكسدة مختلفة كمواد نشطة في شواردها الموجبة والسالبة. وهي تخزن الطاقة وتطلقها من خلال تغيرات حالة الأكسدة لأيونات الفاناديوم في الإلكتروليتات. وتتكون بطارية VRB عادةً من أقطاب كهربائية وإلكتروليتات وأغشية ومجمعات تيار وغلاف بطارية.

 مجالات التطبيق

توفر بطاريات تدفق أكسدة الفاناديوم المختلطة أمانًا عاليًا وعمرًا طويلًا وسعة كبيرة، مما يجعلها مناسبة لمختلف التطبيقات:

- تخزين الطاقة على نطاق واسع: يمكن استخدام بطاريات تخزين الطاقة المتجددة في موازنة أحمال الشبكة وتكامل الطاقة المتجددة وأنظمة الطاقة الموزعة، مما يعزز استقرار الشبكة وموثوقيتها.

- الطاقة الاحتياطية: توفر وحدات VRB طاقة احتياطية موثوقة للمواقع الحرجة، مثل المستشفيات وقواعد الاتصالات السلكية واللاسلكية ومراكز البيانات.

- النقل الكهربائي: على الرغم من أنها أقل استخدامًا في المركبات الكهربائية، إلا أن مركبات VRB تنطوي على إمكانات للنقل الكهربائي المحدد، مثل الحافلات والرافعات الشوكية.

2. خصائص بطاريات VRB بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم
3. السلامة

- بطاريات تدفق أكسدة الفاناديوم المختلطة: يعتمد المنحل بالكهرباء في بطاريات التدفق الفاناديوم المتدفق على الماء، مما يزيل خطر الحريق أو الانفجار. حتى في حالات قصر الدائرة الكهربائية أو الشحن الزائد أو التفريغ الزائد، لا تشكل بطاريات التدفق الكهرومغناطيسي مخاطر على السلامة. بالإضافة إلى ذلك، يسمح الفصل بين الشوارد الموجبة والسالبة بتعديل خرج الطاقة عن طريق التحكم في تدفق الإلكتروليت، مما يعزز السلامة.

- بطاريات الليثيوم: تستخدم بطاريات الليثيوم عادةً إلكتروليت مذيب عضوي، وهو قابل للاشتعال. قد يتسبب الشحن الزائد أو الإفراط في التفريغ أو قصر الدائرة الكهربائية أو ارتفاع درجات الحرارة في حدوث حرائق أو انفجارات، مما يشكل مخاطر جسيمة على السلامة.

2. العمر الافتراضي

- بطاريات أكسدة الفاناديوم المتدفقة: تتمتع بطاريات VRB بعمر افتراضي طويل، عادةً ما يزيد عن 10 سنوات، بسبب شواردها القابلة لإعادة الاستخدام ومواد الأقطاب الكهربائية المستقرة. ونظراً لأن شحنها وتفريغها يعتمدان على حالات أكسدة أيونات الفاناديوم، فإنها تتجنب التدهور الهيكلي، على عكس بطاريات الليثيوم.

- بطاريات الليثيوم: بطاريات الليثيوم لها عمر افتراضي أقصر، يتراوح عادةً بين 3 و8 سنوات. مع الشحن المتكرر، تتحلل مادة القطب الكهربائي، مما يقلل من السعة ويتطلب الاستبدال في النهاية.

3. السعة والطاقة

- بطاريات تدفق أكسدة الفاناديوم المختلطة: توفر بطاريات VRBs سعة كبيرة ومخرجات طاقة عالية. يمكن زيادة السعة بإضافة المزيد من الإلكتروليت، ويمكن تعزيز الطاقة عن طريق زيادة مساحة سطح القطب الكهربائي، مما يجعلها مثالية للتخزين على نطاق واسع والتطبيقات عالية الطاقة.

- بطاريات الليثيوم: تتميز بطاريات الليثيوم بقدرة وطاقة أقل نسبياً، وهي مناسبة للإلكترونيات الصغيرة والمركبات الكهربائية. وعلى الرغم من التطورات الأخيرة في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم، لا تزال بطاريات الليثيوم تتفوق عليها في السعة والطاقة لتلبية الاحتياجات الكبيرة.

4. خصائص الشحن والتفريغ

- VRBs: تتميز مركبات VRBs بمعدل شحن وتفريغ أبطأ، وعادة ما تتطلب عدة ساعات بسبب عمليات انتشار الأيونات والتفاعل في الإلكتروليت. ومع ذلك، فهي تتميز بكفاءة عالية تزيد عن 80%.

- بطاريات الليثيوم: يتم شحن بطاريات الليثيوم وتفريغها بسرعة أكبر، وأحيانًا في دقائق، بسبب تفاعلات إقحام أيونات الليثيوم في مواد القطب الكهربائي. كفاءتها أقل نسبياً، وعادةً ما تتراوح بين 70% و80%.

5. التكلفة

- مركبات التوربينات الكهروضوئية: إن تكاليف المراجل الكهروضوئية عالية نسبيًا، بما في ذلك تكاليف الإلكتروليت والإلكترود والأغشية والتجميع والصيانة. وفي الوقت الحالي، تبلغ تكلفة بطاريات VRB حوالي 2,000-3,000 يوان صيني (حوالي 300-450 دولار أمريكي) لكل كيلوواط/ساعة، ولكن من المتوقع أن تنخفض هذه التكلفة مع زيادة الإنتاج وتقدم التكنولوجيا.

- بطاريات الليثيوم: تتميز بطاريات الليثيوم بتكلفة أقل، حوالي 1,000-2,000 يوان صيني (حوالي 150-300 دولار أمريكي) لكل كيلوواط/ساعة. ويستمر التقدم والتوسع في خفض الأسعار أكثر.

6. الملاءمة البيئية

- VRBs: تُعدّ المراجل الكهروضوئية صديقة للبيئة، حيث يمكن إعادة تدوير شواردها وأقطابها الكهربائية التي تتكون أساسًا من مواد الكربون. وبعد إيقاف تشغيلها، يمكن إعادة استخدام كل من الإلكتروليتات ومواد الأقطاب الكهربائية، مما يقلل من الأثر البيئي.

- بطاريات الليثيوم: تمثل إلكتروليتات المذيبات العضوية الموجودة في بطاريات الليثيوم شواغل بيئية. ويشكل التخلص من بطاريات الليثيوم وإعادة تدويرها تحدياً، حيث أن موادها يمكن أن تلوث البيئة.

وباعتبارها تقنية ناشئة لتخزين الطاقة، تتمتع بطاريات أكسدة الفاناديوم المتدفقة بأمان عالٍ وعمر طويل وسعة كبيرة وطاقة عالية وكفاءة عالية وملاءمة للبيئة. ومع ذلك، فإن لها أيضاً عيوباً، مثل ارتفاع التكاليف وبطء سرعات الشحن/التفريغ. بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم، توفر بطاريات VRB مزايا أكبر في التخزين على نطاق واسع والتطبيقات التي تتطلب أمانًا عاليًا. ومع التقدم التكنولوجي المستمر والتخفيضات المستمرة في التكلفة، من المرجح أن تلعب بطاريات VRB دورًا حيويًا متزايدًا في سوق تخزين الطاقة في المستقبل.