Снижение рисков при использовании проточных окислительно-восстановительных батарей для хранения энергии в масштабах энергосистемы

Аккумулятор FIAMM FG 10121

По результатам исследования проточных окислительно-восстановительных батарей ученые из Норвегии сообщили, что, несмотря на высокие первоначальные капитальные затраты и более низкую удельную энергоемкость по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, эта технология может обеспечить безопасность, надежность и масштабируемость для автономных крупномасштабных систем.

Схема ванадиевой проточно-редоксной батареи и ее компонентов.

Развертывание проточных окислительно-восстановительных батарей (ПОВБ) на системном уровне обходится дороже, чем использование недорогих металло-ионных аккумуляторов. Кроме того, у ПОВБ значительно ниже удельная энергоемкость по сравнению с металло-ионными аккумуляторами. Оба этих фактора в совокупности означают, что инвесторы считают ПОВБ высокорисковыми.

Однако, по мнению авторов нового исследования «Критический обзор последних достижений в области разработки ванадиевых окислительно-восстановительных проточных аккумуляторных материалов для электролитов, мембран и электродов», опубликованного в Journal of Power Sources, эта технология может иметь преимущества перед более распространенной литий-ионной, и это особенно очевидно при масштабировании накопителей до сетевых масштабов.

«У проточных окислительно-восстановительных батарей большое будущее», — сказал Янсун Чжао, профессор Университета прикладных наук Западной Норвегии и автор исследования, в интервью.

“RFB демонстрируют свое преимущество в применении стационарных накопителей энергии в масштабах сети, а не в электромобилях (EV) или малогабаритных устройствах”, - пояснил Чжао, отметив, что информирование инвесторов о преимуществах RFB “может устранить элемент риска”.

«Литий-железо-фосфатные аккумуляторы обеспечивают безопасность, надежность и масштабируемость, демонстрируя энергоэффективность на протяжении более 10 000 циклов работы», — сказал он, добавив, что, с другой стороны, литий-железо-фосфатные аккумуляторы требуют «чрезвычайно высоких первоначальных капиталовложений» и имеют «низкую удельную энергоемкость, низкий эксплуатационный потенциал, нестабильные затраты на закупку материалов, недостаточную стандартизацию и осведомленность по сравнению с традиционными, хорошо изученными и исследованными литий-ионными аккумуляторами».

Он отметил, что пригодность литий-железо-фосфатных аккумуляторов к масштабированию в масштабах энергосистемы потенциально может компенсировать их низкую удельную энергоемкость по сравнению с металлогидридными аккумуляторами.

В критическом обзоре авторы статьи рассмотрели влияние различных электролитов и мембран на работу твердооксидных топливных элементов. Также были изучены модификации электродов, направленные на улучшение окислительно-восстановительной кинетики.

«Несмотря на то, что было опубликовано несколько обзоров, посвященных ванадиевым литий-железо-фосфатным батареям, большинство из них сосредоточено на отдельных аспектах, таких как химический состав электролита, разработка мембран или активация электродов. В отличие от них, в этом обзоре представлен комплексный анализ последних достижений во всех трех критически важных компонентах, при этом особое внимание уделяется работам, опубликованным за последние два-три года. Систематически изучая эти аспекты литий-железо-фосфатных батарей, исследователи стремятся преодолеть существующие ограничения и раскрыть весь потенциал этой многообещающей технологии хранения энергии для широкого спектра применений — от хранения энергии в масштабах энергосистемы до электромобилей и других устройств», — говорится в статье.

По словам Чжао, волатильность цен, связанная с окислительно-восстановительными свойствами активного материала, а также высокая стоимость ионообменных мембран могут составлять более половины общей стоимости RFB, и это один из основных факторов, препятствующих масштабной коммерциализации.

Он добавил, что дальнейшие исследования в области использования альтернативных окислительно-восстановительных активных материалов, которые демонстрируют экономическую эффективность и конкурентоспособные характеристики, могут помочь в поиске альтернативы ванадию. Он также предложил использовать титан в качестве потенциального заменителя анолита, отметив его распространенность, относительно конкурентоспособные характеристики и низкую стоимость закупки.

Он рассказал, что в стационарных системах хранения энергии, подключенных к энергосети, объем жидких электролитов в литий-железо-фосфатных батареях можно регулировать в соответствии с требованиями системы. Он добавил, что в настоящее время проводятся исследования различных комбинаций компонентов электролитов, которые могли бы повысить удельную энергоемкость. Также ведется работа над усовершенствованием мембран и поиском альтернативных растворителей вместо воды.

Основываясь на критическом анализе литературы и подходов других исследователей, авторы статьи рекомендуют в будущих исследованиях уделять приоритетное внимание оптимизации различных комбинаций материалов для повышения производительности систем, чтобы в будущем их можно было использовать для крупномасштабных накопителей энергии.