Guide d'introduction à la batterie à flux - caractéristiques, comparaison et FAQs
Table des matières
À l'heure actuelle, le plus grand projet de démonstration de batteries à flux en Chine a atteint 100 MW/400 MWh. À l'heure actuelle, il existe trois voies techniques pour améliorer les batteries d'écoulement :
- (1) Batterie à flux de vanadium
- (2) Batterie d'écoulement fer-chrome
- (3) Batterie d'écoulement zinc-bromine
Dans cet article, je vais comparer les caractéristiques des principales batteries d'écoulement, ainsi que leurs avantages et inconvénients, et je parlerai également des questions fréquemment posées sur les batteries d'écoulement.
Comparaison des différentes technologies de stockage de l'énergie et des batteries d'écoulement
Performance
Une comparaison a été faite avec les batteries plomb-carbone, les batteries sodium-soufre et les batteries au lithium du point de vue de la durée des cycles, de la densité énergétique, de la puissance, de l'autodécharge et de la charge-décharge. À l'heure actuelle, le plus grand avantage des batteries à flux est le nombre de cycles, qui peut atteindre 15 000 à 20 000 cycles, ce qui est bien supérieur aux autres technologies de stockage de l'énergie.
Cependant, les batteries à flux ont également des défauts très évidents, à savoir que le taux d'autodécharge est relativement élevé, ce qui se traduit par une efficacité relativement faible. En général, l'efficacité des batteries à flux de vanadium est d'environ 70%.
En termes de densité énergétique, la batterie à flux étant limitée par la composition de l'électrolyte, la densité énergétique est relativement faible. Pour un projet de stockage d'énergie à grande échelle avec une batterie à flux de 100 MW/400 MWh, utilisant le même site, si elle est remplacée par une batterie au lithium, elle peut atteindre 800-1 000 MWh.
Coût et sécurité
Du point de vue du coût de construction, de la commercialisation, du recyclage des batteries de sécurité et du coût électromoteur, on peut constater que le coût actuel en kWh des batteries à flux est relativement avantageux. Le coût du kWh des batteries (cycle de vie complet) est désormais inférieur à 0,3 RMB/kWh.
En termes de sécurité, les piles à écoulement ne prennent pas feu et n'explosent pas comme les piles au lithium. D'un autre côté, les piles à flux ne sont pas si sûres, en particulier les piles à flux tout vanadium les plus répandues.
Son électrolyte est formé par la dissolution du pentoxyde de vanadium dans de l'acide sulfurique dilué. Cet électrolyte est toxique et très corrosif, et il y a un risque de fuite pendant le fonctionnement de l'appareil.
Commercialisation
Au niveau de la commercialisation, la batterie à flux redox au vanadium actuelle vient juste d'atteindre le seuil de commercialisation. Le flux liquide fer-chrome et le flux liquide zinc-brome n'ont pas encore atteint le niveau de commercialisation du flux liquide tout vanadium, et des efforts supplémentaires sont nécessaires.
Dans le domaine du recyclage des batteries, l'électrolyte du flux liquide tout vanadium peut permettre un meilleur recyclage, qui est meilleur que d'autres voies techniques, telles que les batteries au lithium, les batteries sodium-soufre et les batteries plomb-carbone.
Bien que l'électrolyte des batteries plomb-carbone ne puisse pas être recyclé, plus de 95% des ressources en plomb des batteries plomb-carbone peuvent être recyclées, et les performances de recyclage sont relativement bonnes.
Comparaison des paramètres techniques des batteries d'écoulement
L'élément principal est la comparaison des niveaux de tension. Le niveau de tension de la batterie au vanadium est de 1,26 volt, le niveau de tension de la batterie au zinc-brome est de 1,85 volt et le niveau de tension de la batterie au fer-chrome est de 1,18 volt. Quel est l'effet de la tension ?
En principe, plus le niveau de tension en circuit ouvert est élevé lorsque la batterie est entièrement chargée, plus la densité énergétique de la batterie est élevée. Par exemple, le niveau de tension d'une batterie lithium-phosphate de fer commune peut être de 3,2 volts, et celui d'une batterie lithium ternaire peut être de batterie haute tension peut être de 3,7 à 4,2 volts, la densité énergétique de la batterie ternaire au lithium est plus élevée que celle de la batterie fer-lithium.
De même, la tension en circuit ouvert de la batterie d'écoulement est relativement faible, de sorte que la densité énergétique est relativement faible.
Analyse comparative de différentes batteries d'écoulement
L'électrolyte de la batterie à flux est une solution aqueuse, et son site de réaction est séparé du site de stockage de la matière active. La pile est une pile, et le réservoir de stockage de liquide est un réservoir de stockage de liquide. la sécurité est très élevée.
Toutes les batteries d'écoulement, y compris les batteries d'écoulement au vanadium, au fer-chrome et au zinc-brome, peuvent être chargées et déchargées à 100%. Même si la profondeur de la charge et de la décharge continue à atteindre 100%, cela ne causera aucun dommage à la batterie, mais causera des dommages à la batterie. La longévité est bénéfique.
Les piles au lithium n'y parviennent pas du tout. La surcharge ou la décharge excessive des piles au lithium les endommagera de manière irréversible, provoquant des courts-circuits internes, voire des incendies et des explosions.
La capacité et la puissance de la batterie d'écoulement peuvent être configurées indépendamment, ce qui est également l'aspect le plus attrayant de la batterie d'écoulement. Pour la batterie d'écoulement, le nombre de piles détermine la puissance de sortie de l'ensemble du système et le dosage de l'électrolyte. Détermine la capacité de l'ensemble du système de batterie d'écoulement.
Par exemple, pour un projet de 1 MWh, la capacité de la batterie de flux peut être de 0,5 MWh, 1 MWh, 2 MWh et, bien sûr, elle peut être configurée à 10 MWh, ce qui est plus flexible.
Par ailleurs, lorsque toutes les piles à flux fonctionnent, l'électrolyte circulant dans le système peut évacuer la chaleur interne, ce qui est incomparable avec les piles au lithium. La dissipation de la chaleur des batteries au lithium nécessite un système de refroidissement spécial. En d'autres termes, cette pièce n'est pas nécessaire.
En outre, le matériau de l'électrode de la batterie à flux et le matériau de sa membrane sont organiques, similaires au plastique, en particulier pour la batterie à flux zinc-bromure, sa membrane est moins chère et est un matériau microporeux, moins coûteux.
Enfin, le degré de modularité des batteries d'écoulement est relativement élevé et le degré de liberté dans le choix du site du projet est relativement important. Ce sont les caractéristiques communes à toutes les batteries d'écoulement.
Caractéristiques de la batterie d'écoulement
Toutes les batteries d'écoulement, y compris les batteries d'écoulement au vanadium, au fer-chrome, au zinc-brome, peuvent être chargées et déchargées à 100%. La capacité et la puissance des batteries d'écoulement peuvent être configurées indépendamment, ce qui constitue également l'aspect le plus attrayant des batteries d'écoulement.
Pour une batterie d'écoulement, le nombre de ses piles détermine la puissance de sortie de l'ensemble du système, et la quantité d'électrolyte utilisée dans la batterie d'écoulement détermine la capacité de l'ensemble du système de batterie d'écoulement.
La personnalisation des batteries d'écoulement est relativement aisée et il est facile d'en augmenter la capacité.
Enfin, le degré de modularité des batteries d'écoulement est relativement élevé et le degré de liberté dans le choix du site du projet est relativement important. Ce sont les caractéristiques communes à toutes les batteries d'écoulement. En termes de modularité, toutes les batteries sont similaires et peuvent être conçues de manière modulaire, et la puissance et la capacité sont relativement indépendantes.
Avantages et inconvénients des différentes batteries d'écoulement
Batterie à flux de vanadium
Pour :
- Bon effet de transfert de chaleur, pas de brûlure ni d'explosion, haute sécurité
- La cohérence entre les cellules individuelles est meilleure
- Les charges et décharges profondes n'ont pas d'effet négatif sur les performances de la batterie.
- longue durée de vie
Cons
- Le fonctionnement d'une batterie au vanadium est généralement plus rigoureux que celui d'une batterie au lithium.
- Plus chère que la batterie à flux de fer et de chrome
- Le vanadium bivalent est facilement oxydé, ce qui entraîne une dégradation de la capacité du système.
Il s'agit actuellement de la technologie de batterie la plus importante dans les projets de démonstration de la Chine. les 10 premières entreprises de batteries au vanadium en Chine.
Batterie à flux fer-chrome
pour les pros :
- Longue durée de vie et haute sécurité
- Par rapport à la batterie à flux de vanadium, le matériau est moins toxique et moins corrosif et peut être régénéré.
- La batterie à flux fer-chrome est plus adaptable
- Les ressources sont particulièrement abondantes et le coût est relativement faible
- Forte capacité à augmenter la production et prix relativement stables
Cons
- Il existe un problème de contamination croisée dans l'électrolyte.
Batterie à flux de zinc-bromine
Pour
- Il s'agit d'un matériau microporeux, dont le coût est moins élevé.
- Haute performance, faible coût, grande capacité
- Exempt de métaux précieux et recyclable
Cons
- La durée du cycle de la batterie à flux de zinc-bromine est inférieure à celle de la batterie à flux de vanadium et de la batterie à flux de fer-chrome.
- Le brome est une solution volatile, corrosive et pénétrante.
FAQ
Comment comparer les batteries à flux de fer-chrome et les batteries à flux de vanadium ?
La comparaison entre la batterie à flux fer-chrome et la batterie à flux vanadium dépend principalement de la puissance de la pile à cellule unique. À l'heure actuelle, la batterie tout vanadium a atteint une puissance de 200 à 400 kilowatts, tandis que la batterie à flux fer-chrome est inférieure à 100 kilowatts, et la maturité technique est assez faible.
En ce qui concerne la sécurité pendant le fonctionnement, la batterie à flux de fer-chrome a un problème d'"évolution de l'hydrogène" de l'électrode négative qui est difficile à résoudre, ce qui n'est pas le cas de la batterie tout-vanadium. Dans l'ensemble, les avantages techniques du tout-vanadium sont plus importants.
Par rapport aux batteries au lithium, les batteries à flux de vanadium sont à la traîne, principalement sur trois points :
- (1) Pour des projets de même ampleur en termes de puissance/capacité, l'investissement initial des batteries au vanadium est deux fois supérieur à celui des batteries au lithium ;
- (2) L'efficacité de la conversion d'électricité en électricité des piles au vanadium est inférieure d'environ 20% à celle des piles au lithium ;
- (3) Le fonctionnement et la maintenance du tout-vanadium sont plus compliqués, plus sensibles à la température et difficiles à mettre en œuvre et à entretenir.
Quelles sont les perspectives pour les méthodes de stockage de l'énergie à moyenne et grande échelle et pour les batteries à flux de vanadium ?
La politique interdit pile ternaire au lithium au lieu de toutes les piles au lithium. En fait, il s'agit de soutenir et d'encourager les piles au phosphate de fer-lithium à participer aux applications des systèmes électriques.
En raison des lacunes des batteries à flux en termes de coût, d'efficacité et de maturité industrielle, l'augmentation la plus importante des projets de stockage d'énergie à moyenne et grande échelle dans les 4 à 5 prochaines années restera la voie technique des batteries au lithium-fer-phosphate, plutôt que celle des batteries à flux.
Qu'en est-il du système de matériaux de la batterie au vanadium et de la batterie au fer et au chrome ?
Quelles sont les perspectives de développement des piles à flux à base de soufre et des piles zinc-bromure ?
Les batteries d'écoulement à base de soufre sont actuellement au stade du laboratoire et sont encore loin d'être appliquées. Les piles à flux à base de zinc-bromine ont presque été éliminées du marché en raison de leur faible efficacité (inférieure à celle des piles à flux à base de vanadium) et de l'inconvénient des paramètres techniques.
