كاملهبطارية التدفقيشتمل نظام تخزين الطاقة عادةً علىوحدة الطاقة(كومة الإلكتروليت),وحدة الطاقة(المنحل بالكهرباءوخزان تخزين الالكتروليت),وحدة توصيل الإلكتروليت(أنابيب,مضخات,الصمامات,أجهزة الاستشعار، إلخ)، ونظام إدارة البطاريةومن بين هؤلاء،وحدة الطاقةهو العنصر الأساسي الذي يحدد مقياس طاقة النظام، في حين أنوحدة الطاقةتلعب الوحدة دورًا حاسمًا في سعة تخزين الطاقة للنظام. تعمل الوحدتان بشكل مستقل ولكن بالتنسيق لدعم الوظيفة العامة للنظام.نظام تخزين طاقة البطارية التدفقية.
عملية إنتاج بطارية التدفق: تفصيل كامل
مجموعة مكدس الإلكتروليتتبدأ عملية الإنتاج بتجميعكومة الإلكتروليتبعد إعداد المواد الأساسية، الخطوة الأولى هي استخدامتكنولوجيا اللحام بالليزرلدمجصفائح ثنائية القطبوالأغشيةفي ختم موحد لمنع التسرب. هذاعملية اللحام بالليزرتتميز هذه الطريقة بمزايا فريدة، مثل تحقيق التسخين الفوري والذوبان والتصلب، مما يضمن عدم تشوه المكدس بالكامل. وبالمقارنة بالطرق التقليدية مثل ألواح التسخين أو الغراء الساخن أو حلقات الختم،لحام بالليزريحسن كفاءة اللحام بأكثر من خمس مرات. بالإضافة إلى ذلك،منطقة متأثرة بالحرارةخلاللحام بالليزريتم التحكم فيه عادةً في حدود ±1 مم، مما يقلل بشكل فعال من التأثيرات السلبية لدرجات الحرارة المرتفعة علىأداء الإلكتروليتلا يعمل هذا التطبيق على تعزيز موثوقية المكدس فحسب، بل يعمل أيضًا على تحسين أتمتة التجميع ويقلل من استخدام مواد الختم، وبالتالي خفض تكلفة المكدس.
بعدلحام بالليزرالخطوات التالية هي التكديس والشد.صفائح ثنائية القطب,أختام الغشاءويتم تكديس المكونات الأخرى وفقًا للتسلسل والعدد المطلوبين. وبعد الضغط والختم، يتم تأمين المكونات بالمسامير، مما يكمل تجميع المكدس.
اختبار أداء التسرب والشحن/التفريغبمجردتجميع المكدستم الانتهاء منه، يتم نقله إلى معدات الاختبار لـاختبار التسرب. يتم إرجاع المنتجات غير المتوافقة لإعادة إغلاقها من خلالعملية اللحام بالليزر. ثم تنتقل المنتجات المتوافقة إلى الخطوة التالية—اختبار أداء الشحن/التفريغ. إن التركيز الأساسي في هذه المرحلة هو ضمان استقرار بيئة الاختبار، والاتساق في قطع الشحن/التفريغ، وتوحيدالمنحل بالكهرباءالحالة، والتي تعتبر جميعها بالغة الأهمية للحصول على نتائج اختبار دقيقة وموثوقة.
ملء الإلكتروليتتستخدم هذه الخطوةنظام حقن السوائل الأوتوماتيكي.أولا،مجموعة بطارياتيخضع لمعالجة الفراغ لإنشاءبيئة الضغط السلبي، متبوعًا بالحقن التلقائي لـالمنحل بالكهرباءمن خلال منفذ التعبئة. تتم العملية برمتها في درجة حرارة عادية وظروف محكمة الغلق لمنع العوامل الخارجية من التدخل فيالمنحل بالكهرباءوأداء المكدس.
تكامل وتجميع أنظمة تخزين الطاقةالخطوة الأخيرة هي دمج وتجميعنظام تخزين الطاقة. الانتهاء من عدةمكدسات,إطارات معدنية,أنابيب، مُكَمِّلات،خزانات الالكتروليت,مضخات مغناطيسية، وأنظمة التحكم الكهربائيةيتم تجميعها في نموذج موحدنظام تخزين الطاقة.
بالإضافة إلى المعدات المتخصصة المستخدمة في خطوات الإنتاج الأساسية هذه، هناك حاجة إلى معدات مساعدة عامة أخرى، مثلابراج التبريد,أنظمة تنقية العادم,ضواغط الهواء، وأنظمة المياه النقيةورغم أن هذه الأجهزة المساعدة لا تشارك بشكل مباشر في خطوات الإنتاج الأساسية، إلا أنها تلعب دوراً لا غنى عنه في ضمان سلاسة عملية الإنتاج، والحفاظ على الاستقرار البيئي، وضمان جودة المنتج.
المواد الرئيسية في إنتاج بطاريات التدفق
غشاءالغشاء، والمعروفة أيضًا باسمغشاء التبادل الأيوني، أمر بالغ الأهمية فيبطاريات تدفق الفاناديوم. يعزلالأقطاب الموجبة والسالبةمنالمنحل بالكهرباء، مما يمنع حدوث ماس كهربائي والتلوث المتبادل، مع الحفاظ على توازن الأيونات في النظام. نفاذية واستقرار وتكلفةغشاءهي عوامل حاسمة لتسويقبطاريات التدفق.
بناءً على محتوى الفلور، هناك أنواع مختلفة منالأغشية، مشتملأغشية حمض البيرفلورو سلفونيك,الأغشية المفلورة جزئيا,الأغشية غير المفلورة، وأغشية التبادل الأيوني المركبة.أغشية حمض البيرفلورو سلفونيكبسبب موصليتها العالية ومقاومتها المنخفضة للبروتونات وقوتها الميكانيكية، فهي الوحيدة التي تم تسويقها تجارياً، في حين أن البعض الآخر لا يزال في مرحلة تجريبية.
الصفائح ثنائية القطبصفائح ثنائية القطبهي عنصر أساسي فيبطاريات التدفق، المسؤولة عن توصيل الخلايا على التوالي، وتوصيل التيار، ودعم الأقطاب الكهربائية. المادة المثالية لـصفائح ثنائية القطبينبغي أن يكون جيداالموصلية,الاستقرار الكهروكيميائي,مقاومة التآكل، والقوة الميكانيكية.
المواد المستخدمة لصفائح ثنائية القطبيشملالمعادن,الجرافيت,المواد المركبة، وصفائح قطبية ثنائية القطب متكاملة.ألواح الجرافيتيتم تفضيلها لتوصيلها الجيد واستقرارها الكيميائي، ولكن لديها قدرة منخفضةالقوة الميكانيكيةإنها هشة، ويصعب معالجتها، ومكلفة، ويصعب إنتاجها بكميات كبيرة.صفائح ثنائية القطب مركبةالجمع بين مزايا كل منهمامعدنوالجرافيتمما يجعلها الخيار السائد الناشئ.لوحات قطبية ثنائية القطب متكاملةالجمع بين القطب الكهربائي وصفيحة ثنائية القطبفي وحدة واحدة، وتحسينأداء البطاريةولكن عملية التجميع أكثر تعقيدًا وتكلفة.
المنحل بالكهرباءالالمنحل بالكهرباءهي مادة أساسية فيبطاريات التدفق، مما يؤثر بشكل مباشر على أداء وتكلفةوحدة الطاقة. حجم وتركيزالمنحل بالكهرباءتحديد الحد الأقصىسعة تخزين الطاقةمن النظام، في حين أن النقاء والاستقرار ونطاق درجة الحرارةالمنحل بالكهرباءتؤثر علىكفاءة البطاريةومدة الحياة.
على سبيل المثال، فيبطاريات تدفق الفاناديوم,المنحل بالكهرباءووحدة الطاقةتبلغ تكاليف كل منها حوالي 50% من الاستثمار الأولي. ومع زيادة وقت الشحن/التفريغ، تزداد تكلفةالمنحل بالكهرباءتصبح نسبة أكبر. الطرق الرئيسية للتحضيرإلكتروليتات الفاناديوميشملالتحلل الجسدي,الاختزال الكيميائي، والتحليل الكهربائي، معالتحليل الكهربائيكونها الطريقة الأكثر شيوعًا للإنتاج على نطاق واسع.
تحديات وفرص الصناعة
ضغوط التكلفة والتطورات التكنولوجية:بطاريات تدفق الفاناديوملا تزال تكاليف الإنتاج مرتفعة نسبيًا. وسيكون خفض هذه التكاليف وتحسين الكفاءة أمرًا أساسيًا لتطوير الصناعة في المستقبل.الاختراقات التكنولوجية، مثل تطوير الجديدالشواردقد يساعد ذلك على خفض التكاليف وتحسين الأداء.
دعم السياسات وفرص السوق: عالميسياسةتغييرات فيصناعة تخزين الطاقةسوف تخلق فرص استثمارية جديدة لـبطاريات التدفق.بطاريات تدفق الفاناديوم، مع ارتفاعهمكثافة الطاقةوطويلةعمرتتمتع بمزايا فريدة في السوق. ومع تزايد الطلب علىالطاقة المتجددةيزيدبطاريات التدفقومن المتوقع أن تلعب دورًا متزايدًا فيقطاع تخزين الطاقة.
المنافسة والتوجهات المستقبلية:بطاريات التدفقمواجهة المنافسة من جديدتقنيات تخزين الطاقةمثلليثيوم أيونوبطاريات أيون الصوديوم. للاستحواذ على حصة أكبر في السوق،صناعة البطاريات التدفقيةسوف تحتاج إلى التركيز علىالابتكار التكنولوجيوالتعاون الصناعي.
التعاون في سلسلة التوريد وفرص سوق رأس المال:الشركات على طولسلسلة توريد بطاريات التدفقيمكن تحقيق تنمية مفيدة للطرفين من خلال التعاون الأعمق. بالإضافة إلى ذلك، فإن نموصناعة البطاريات التدفقيةيقدم فرص استثمارية جديدة لـأسواق رأس المال.
