신에너지 전지 적용현황 및 개발분석(III)

바나듐 액체 전류 배터리

소개

전 세계적으로 에너지 문제에 대한 관심이 높아지면서 새로운 에너지 배터리 기술은 에너지 전환과 지속 가능한 발전을 배경으로 점차 다양한 국가의 과학 연구 및 산업 발전의 최우선 과제가 되었습니다. 전통적인 리튬 이온 배터리부터 미래 지향적인 수소 연료 전지, 액체 흐름 배터리 등에 이르기까지 다양한 유형의 배터리가 전력 저장 및 전기 자동차 분야에서 광범위한 응용 가능성을 보여주었습니다. 하지만, 또한 많다 에너지 밀도, 사이클 수명, 비용 등의 과제와 한계. 새로운 에너지원의 개발을 더 잘 촉진하기 위해 이 시리즈는 각 유형의 주요 새 배터리 기술의 장점, 단점 및 적용 시나리오를 종합적으로 평가하고, 연구원, 산업 실무자에게 귀중한 참고 자료와 지침을 제공하고, 이 분야의 지속적인 혁신을 촉진합니다. 글로벌 에너지의 지속가능한 발전에 기여합니다.

주요 기사

완전 바나듐 액체 흐름 배터리는 서로 다른 원자가 상태의 바나듐 이온을 배터리의 활성 물질로 사용하여 액체 흐름 배터리 전해질의 교차 오염 문제를 극복합니다. 배터리 에너지와 전력의 분리 설계, 높은 안전성, 긴 사이클 수명 등의 장점으로 인해 대규모 에너지 저장을 위한 가장 유망한 기술 중 하나가 되었습니다. ^[1].

바나듐 배터리는 서로 다른 원자가 상태의 바나듐 이온을 전해질의 활성 물질로 사용하므로 서로 다른 이온 간의 교차 오염 문제를 피할 수 있습니다. 동시에, 바나듐 이온의 서로 다른 원자가 상태 사이의 전기화학적 가역성이 높고 분극이 작아서 고전류로 빠른 충전 및 방전에 적합합니다. 바나듐 배터리는 그리드 피킹, 대규모 태양광 및 풍력 에너지 시스템, 비상 전력 시스템에 자주 사용됩니다. 바나듐 배터리는 주로 전해질, 전기 스택 및 순환 시스템으로 구성됩니다. 전 세계 연구자들은 바나듐 배터리의 성능을 향상 및 최적화하고 바나듐 배터리의 비용을 줄이기 위해 안정적인 전해질 구성, 고급 전극 재료를 배터리의 양극 및 음극으로 사용하는 데 최선을 다하고 있습니다.

그러나 완전 바나듐 액체 흐름 배터리에도 특정 결함이 있습니다. 첫째, 부산물은 고도의 처리가 필요하고 독성이 강한 화학물질인 V2O5를 생성합니다. 둘째, 가격이 비싸다. 현재 5kW 바나듐 배터리만 사용하면 재료비가 40만 달러를 넘을 수 있다. 또한, 전해질 내 이온 용해도의 상한에 따라 바나듐 전지의 비에너지 밀도가 낮아 기술의 돌파구가 어렵다. 동일한 에너지 바나듐 배터리 용량은 리튬 배터리의 최대 3~5배, 질량은 2~3배에 달할 수 있습니다. 따라서 바나듐 배터리는 정전기 에너지 저장 시스템에만 적용할 수 있으며 전기 자동차, 전자 제품 및 기타 분야에 적용하기가 어렵습니다. ^[2].

순바나듐 흐름전지의 고유한 장점과 광범위한 응용으로 인해 전 세계적으로 큰 주목을 받고 있으며, 그 산업화는 서구 국가 및 일부 국가에서 전략적 관심 수준으로 높아졌습니다. 및 지역에서는 완전 바나듐 흐름 배터리가 상업 가동 수준에 도달했습니다. 앞으로 바나듐 흐름전지 연구의 핵심은 전극 재료의 성능 향상, 저비용, 고선택성, 장수명 이온 교환막 및 고농도, 고전도도, 고안정성을 갖춘 전해질 개발에 중점을 두고 있다. 배터리의 안정성, 비에너지, 에너지 변환 효율을 높이고 순바나듐 플로우 배터리의 산업화를 촉진합니다. 또한 바나듐 이온 전극 반응 역학, 전해질 이론, 새로운 격막 및 기타 기본 영역에 대한 연구를 강화하여 완전 바나듐 액체 전류 배터리 연구 개발을 위한 보다 견고한 기반을 제공해야 합니다. 100% 바나듐 액체전류 전지 개발의 제약 ~이다 여전히 높은 비용 요소, 특히 에너지 저장 스테이션은 중고 전기 자동차 전원 배터리 사다리에 사용될 수 있지만 전체 바나듐 액체 전류 배터리의 단점인 높은 비용을 증폭시킵니다. 불완전한 통계에 따르면 현재 전체 바나듐 액체 전류 배터리의 가격은 리튬 배터리의 평균 가격과 비교하여 약 3-3.2위안/Wh입니다. c100% 바나듐 액체 전류 배터리 개발에 대한 제약은 여전히 높은 비용의 요소입니다. 특히 에너지 저장 스테이션은 중고 전기 자동차 전원 배터리 사다리에 사용할 수 있지만 100% 바나듐 액체 전류의 높은 비용을 증폭시킵니다. 배터리의 단점은 1.2~1.5위안/Wh에 불과하며 전체 바나듐 액체 전류 배터리의 약 40%에 해당합니다. 현재 전바나듐 레독스 흐름전지의 원가는 상대적으로 높지만, 역사적 리튬전지 가격 추세에 비해 전바나듐 레독스 흐름전지의 원가는 규모가 커짐에 따라 급락할 가능성이 높다.

참고자료:

[1]刘涛,葛灵,장이민.전바나듐 레독스 흐름전지 핵심기술 동향 및 개발 동향[제이].중국 야금,2023,33(04):1-8+133.DOI:10.13228/j.boyan.issn1006-9356.20221005

[2]시에 총신,郑琼,Li Xianfenget al..플로우 배터리 기술의 최신 발전[제이].에너지 저장 과학 및 기술,2017,6(05):1050-1057.