Guía de introducción a la batería de flujo: características, comparación y preguntas frecuentes
Índice
En la actualidad, el mayor proyecto de demostración de baterías de flujo de China ha alcanzado los 100 MW/400 MWh. En la actualidad, hay tres vías técnicas para que las baterías de flujo sean mejores:
- (1) Pila de flujo de vanadio
- (2) Batería de flujo de hierro-cromo
- (3) Pila de flujo de zinc-bromo
En este artículo, voy a comparar las características de las principales baterías de flujo, y sus ventajas y desventajas, también hablar de preguntas frecuentes de las baterías de flujo.
Comparación de diferentes vías tecnológicas de almacenamiento de energía y baterías de flujo
Rendimiento
Se compararon con las baterías de plomo-carbono, las de sodio-azufre y las de litio desde el punto de vista de la duración de los ciclos, la densidad energética, la potencia, la autodescarga y la carga-descarga. En la actualidad, la mayor ventaja de las baterías de flujo es el número de ciclos, que puede alcanzar los 15.000-20.000 ciclos, muy por delante de otras tecnologías de almacenamiento de energía.
Sin embargo, las baterías de flujo también tienen deficiencias muy obvias, es decir, la tasa de autodescarga es relativamente alta, lo que resulta en una eficiencia relativamente baja. En general, la eficiencia de las baterías de flujo de vanadio es de aproximadamente 70%.
En términos de densidad energética, como la batería de flujo está limitada por la composición del electrolito, la densidad energética es relativamente baja. Para un proyecto de almacenamiento de energía a gran escala con una batería de flujo de 100 MW/400 MWh, utilizando el mismo emplazamiento, si se sustituye por una batería de litio, puede llegar a 800-1.000 MWh.
Coste y seguridad
Desde la perspectiva del coste de construcción, la comercialización, el reciclado de seguridad de las baterías y el coste electromotriz, puede verse que el coste actual en kWh de las baterías de flujo es relativamente ventajoso. El coste en kWh de las baterías (ciclo de vida completo) es ahora inferior a 0,3 RMB/kWh.
En términos de seguridad, las pilas de flujo no se incendian ni explotan como las de litio. Por otro lado, las baterías de flujo no son tan seguras, sobre todo las de vanadio, que son las más utilizadas.
Su electrolito se forma disolviendo pentóxido de vanadio en ácido sulfúrico diluido. Este electrolito es tóxico y muy corrosivo, por lo que existe riesgo de fugas durante el funcionamiento. daños relativamente grandes.
Comercialización
A nivel de comercialización, la actual pila de flujo redox totalmente de vanadio acaba de entrar en el umbral de la comercialización. Las de flujo líquido de hierro-cromo y las de flujo líquido de zinc-bromo aún no han alcanzado el nivel de comercialización de las de flujo líquido totalmente de vanadio, por lo que es necesario redoblar los esfuerzos.
En el campo del reciclaje de baterías, el electrolito de flujo líquido totalmente de vanadio puede lograr un mejor reciclaje, que es mejor que otras rutas técnicas, como las baterías de litio, las baterías de sodio-azufre y las baterías de plomo-carbono.
Aunque el electrolito de las baterías de plomo-carbono no puede reciclarse, más de 95% de los recursos de plomo de las baterías de plomo-carbono pueden reciclarse, y su rendimiento de reciclado es relativamente bueno.
Comparación de los parámetros técnicos de las baterías de flujo
Lo principal es la comparación de los niveles de tensión. El nivel de tensión de la pila de flujo de vanadio es de 1,26 voltios, el nivel de tensión de la pila de flujo de zinc-bromo es de 1,85 voltios y el nivel de tensión de la pila de flujo de hierro-cromo es de 1,18 voltios. ¿Qué efecto tiene la tensión?
En principio, cuanto mayor sea el nivel de tensión en circuito abierto cuando está totalmente cargada, mayor será la densidad energética de la batería, al igual que el nivel de tensión de la batería común de fosfato de hierro y litio puede ser de 3,2 voltios, y la batería ternaria de litio como batería de alto voltaje puede ser de 3,7- 4,2 voltios, la densidad energética de la batería ternaria de litio es superior a la de la batería de hierro-litio.
Del mismo modo, la tensión de circuito abierto de la batería de flujo es relativamente baja, por lo que la densidad de energía es relativamente baja.
Análisis comparativo de diferentes baterías de flujo
El electrolito de la pila de flujo es una solución acuosa, y su lugar de reacción está separado del lugar de almacenamiento del material activo. La pila es una pila, y el tanque de almacenamiento de líquido es un tanque de almacenamiento de líquido. la seguridad es muy alta.
Todas las baterías de flujo, incluida la batería de flujo de vanadio, hierro-cromo, zinc-bromo, pueden cargarse y descargarse 100%. Incluso si la profundidad de carga y descarga sigue alcanzando 100%, no causará ningún daño a la batería, pero sí a la batería. La longevidad es beneficiosa.
Esto es completamente imposible de conseguir para las baterías de litio. La sobrecarga o sobredescarga de las baterías de litio provocará daños irreversibles en ellas, causando cortocircuitos internos e incluso incendios y explosiones.
La capacidad y la potencia de la batería de flujo pueden configurarse de forma independiente, lo que constituye también la parte más atractiva de la batería de flujo. En el caso de la batería de flujo, el número de sus pilas determina la potencia de salida de todo el sistema y su dosificación de electrolito. Determina la capacidad de todo el sistema de batería de flujo.
Por ejemplo, para un proyecto de 1 MWh, la capacidad de la batería de flujo puede ser de 0,5 MWh, 1 MWh, 2 MWh y, por supuesto, puede configurarse hasta 10 MWh, lo cual es más flexible.
Otro punto es que cuando todas las baterías de flujo están en funcionamiento, el electrolito que circula por el interior del sistema puede eliminar el calor interno, algo incomparable con las baterías de litio. La disipación del calor de las baterías de litio requiere un sistema de refrigeración especial. En el caso de las baterías de flujo, esta pieza no es tan necesaria.
Además, el material del electrodo de la batería de flujo y su material de membrana son orgánicos, similares al plástico, especialmente para la batería de flujo de Zinc-bromo, su membrana es más barata y es un material microporoso, de menor coste.
El último punto es que el grado de modularidad de las baterías de flujo es relativamente alto, y el grado de libertad de selección del emplazamiento del proyecto es relativamente grande. Estas son las características comunes de todas las baterías de flujo.
Características de la batería de flujo
Todas las baterías de flujo, incluidas las baterías de flujo de vanadio, hierro-cromo, zinc-bromo, pueden cargarse y descargarse 100%. La capacidad y la potencia de las baterías de flujo se pueden configurar de forma independiente, que es también la parte más atractiva de las baterías de flujo.
Para una batería de flujo, el número de sus pilas determina la potencia de salida de todo el sistema, y la cantidad de electrolito utilizado en la batería de flujo determina la capacidad de todo el sistema de batería de flujo.
La personalización de las baterías de flujo es relativamente sencilla, y es fácil ampliar su capacidad.
El último punto es que el grado de modularidad de las baterías de flujo es relativamente alto, y el grado de libertad de selección del emplazamiento del proyecto es relativamente grande. Estas son las características comunes de todas las baterías de flujo. En términos de modularidad, todos son similares, y pueden hacer un diseño modular, y la potencia y la capacidad son relativamente independientes.
Ventajas e inconvenientes de las distintas baterías de flujo
Pila de flujo de vanadio
Pros:
- Buen efecto de transferencia de calor, sin quemaduras ni explosiones, alta seguridad
- La coherencia entre células individuales es mejor
- Las cargas y descargas profundas no afectan negativamente al rendimiento de la batería.
- larga vida
Contras
- El funcionamiento de la pila de flujo de vanadio suele ser más estricto que el de la pila de litio.
- Más cara que la batería de flujo de hierro-cromo
- El vanadio divalente se oxida fácilmente, lo que provoca una degradación de la capacidad del sistema
En la actualidad, es la tecnología de baterías más utilizada en los proyectos de demostración de China. las 10 principales empresas de pilas de vanadio en China.
Pila de flujo de hierro-cromo
profesionales:
- Larga vida útil y alta seguridad
- En comparación con la pila de flujo de vanadio, el material es menos tóxico y corrosivo, y puede regenerarse
- La pila de flujo de hierro-cromo es más adaptable
- Los recursos son especialmente abundantes y el coste es relativamente bajo
- Gran capacidad para aumentar la producción y precios relativamente estables
Contras
- Existe un problema de contaminación cruzada en el electrolito
Pila de flujo de zinc-bromo
Pros
- El material es microporoso y el coste es menor.
- Alto rendimiento, bajo coste y gran capacidad
- Sin metales preciosos y reciclable
Contras
- Los tiempos de ciclo de la pila de flujo de zinc-bromo son inferiores a los de la pila de flujo de vanadio y la pila de flujo de hierro-cromo.
- El bromo es una solución volátil, corrosiva y penetrante.
Preguntas frecuentes
Cómo comparar la pila de flujo de hierro-cromo y la pila de flujo de vanadio
La comparación entre la batería de flujo de hierro-cromo y la batería de flujo de vanadio depende principalmente de la potencia de la pila de una sola célula. En la actualidad, la de vanadio ha alcanzado los 200-400 kilovatios, mientras que la de hierro-cromo no llega a los 100 kilovatios, y su madurez técnica es bastante pobre.
En cuanto a la seguridad durante el funcionamiento, la pila de flujo de hierro-cromo tiene el problema de la "evolución de hidrógeno" del electrodo negativo, que es difícil de resolver, mientras que la totalmente de vanadio no lo tiene. En conjunto, las ventajas técnicas del vanadio son mayores.
En comparación con las baterías de litio, la batería de flujo de vanadio se queda atrás, principalmente en tres puntos:
- (1) Para proyectos de la misma escala de potencia/capacidad, la inversión inicial de las baterías totalmente de vanadio es el doble que la de las de litio;
- (2) La eficiencia electricidad-electricidad de las baterías de vanadio es aproximadamente 20% inferior a la de las baterías de litio;
- (3) El funcionamiento y el mantenimiento de las máquinas totalmente de vanadio son más complicados, más sensibles a la temperatura y difíciles de manejar y mantener.
¿Cuáles son las perspectivas de los métodos de almacenamiento de energía medianos y grandes y de la pila de flujo de vanadio?
La política prohíbe batería ternaria de litio en lugar de todas las baterías de litio. De hecho, se trata de apoyar y animar a las baterías de litio hierro fosfato a participar en las aplicaciones de los sistemas de energía.
Debido a las deficiencias de las baterías de flujo en términos de coste, eficiencia y madurez industrial, el mayor aumento de proyectos de almacenamiento de energía a media y gran escala en los próximos 4-5 años seguirá siendo la vía técnica de las baterías de litio hierro fosfato, en lugar de las baterías de flujo.
¿Qué le parece el sistema de materiales de la batería de flujo de vanadio y la batería de flujo de hierro-cromo?
¿Cuáles son las perspectivas de desarrollo de las pilas de flujo de azufre y las pilas de zinc-bromo?
Las baterías de flujo basadas en azufre se encuentran actualmente en fase de laboratorio y aún están lejos de su aplicación. La batería de flujo de zinc-bromo casi ha sido eliminada del mercado debido a su menor eficiencia (inferior a la de flujo de vanadio) y a la desventaja de los parámetros técnicos.
