바나듐 전지의 개발 역사

2011년 11월 28일(신무오년) 중국 타이저우 신에너지 고위급 포럼에는 전국 각지에서 200명이 넘는 손님이 모였습니다. Zhongce Capital Group 이사회 의장 Huang Youquan은 "신 에너지 산업에 바나듐 배터리 적용"이라는 보고서를 발표하며 무대에서 멋진 연설을 했습니다. 계획에 따르면, 프로젝트의 1단계는 2012년에 가동될 예정이며, 2013년에 본격 생산된 후 25억 위안의 매출을 올릴 것으로 예상됩니다. 그때까지 산업 규모는 100억 위안에 달하며, Zhongce Capital Group의 Yangtai Energy (Taizhou) Co., Ltd.는 세계 최대의 바나듐 배터리 제조업체가 될 것입니다. 생산되는 바나듐 배터리는 타이저우(Taizhou)에서 전 세계적으로 통합될 예정입니다.

최근 세계 최대 규모의 5MW/10MWh 전바나듐 레독스 흐름전지 에너지 저장 시스템 응용 실증 프로젝트가 랴오닝 전력(인용구) 조사 설계 연구소의 승인을 통과해 현재 완전 가동 중이다. 업계 관계자는 위에서 언급한 시범 프로젝트의 훌륭한 리더십 하에 바나듐 레독스 흐름 전지가 향후 핵심 기술 연구 개발, 안정성, 비용 제어 및 기타 측면에서 더 큰 돌파구를 달성할 것으로 예상된다고 지적했습니다. 에너지저장산업의 '다크호스'가 되다. 아울러 우리나라의 에너지신산업도 '바나듐전지시대'에 돌입할 것으로 예상된다. 밍싱파워 등 바나듐광석 관련주(매수포인트) 시장 주식 바의 매매 지점), Guoxing Optoelectronics(시장 주식 바의 매매 지점) 및 Tianxing Instruments(시장 주식 바의 매매 지점) 매매 지점) 및 Hailiang Shares(시장 주식 바의 매매 지점) 시장 주식 바) 펀드가 선호할 것입니다. 최근 몇 년 동안 중국에서는 풍력 발전이 급속히 발전했습니다. 2012년말 현재 풍력발전 누적 설치용량은 7,532만4천kW에 달하지만, 풍력에너지 등 신재생에너지원의 불연속, 불안정, 비정상적 특성으로 인해 대규모 계통연계가 영향을 미칠 것으로 예상된다. 전력망의 피크 부하 조절, 주파수 조절 및 전력 품질에 부정적인 영향을 미칩니다. 따라서, 전력망 내 풍력발전 설비용량의 비율이 증가함에 따라 풍력감소 및 전력감소 현상도 자주 발생하게 된다.

일부 전문가들은 어떻게 전력망의 재생에너지 수용 능력을 향상시키고, 풍력 감축을 줄이고, 재생에너지 활용 효율성을 향상시키는 것이 우리나라가 앞으로 해결해야 할 주요 문제가 되었다고 지적했습니다.

관련 언론 보도에 따르면, 다른 에너지 저장 기술에 비해 전바나듐 레독스 흐름전지 에너지 저장 기술은 긴 수명 등 뛰어난 장점으로 인해 대규모 에너지 저장에 가장 먼저 선택되는 기술이다. , 대규모, 안전성 및 신뢰성을 갖춘 기술 중 하나입니다. 2012년 미국이 수립한 에너지저장기술개발계획에서는 바나듐 레독스 흐름전지를 1위로 선정했다. 대규모 에너지 저장 배터리에는 높은 안전성, 높은 수명주기 비용 효율성 및 수명주기 환경 친화성이라는 세 가지 기본 요구 사항이 있는 것으로 보고되었습니다.

현재 에너지 저장에 선호되는 기술 중 하나로 전바나듐 레독스 흐름 배터리 에너지 저장 시스템은 상온 및 압력에서 작동할 때 배터리 시스템에서 발생하는 열을 효과적으로 저장할 수 있습니다. 전해액을 통해 배출된 후 열교환을 통해 시스템 외부로 배출되며 전해액은 불연성, 비폭발성 수용액이므로 시스템 작동이 안전합니다.

전바나듐 레독스 흐름전지 에너지 저장 시스템은 많은 장점을 갖고 있기 때문에 업계 분석가들은 전바나듐 레독스 흐름전지 기술이 향후 에너지 저장 산업에서 무궁무진한 발전 가능성을 갖고 있으며, 심지어 미래 에너지 환경을 바꿔보세요.

이번 승인을 통과한 세계 최대 5MW/10MWh 전바나듐 레독스 흐름전지 에너지 저장 시스템은 대련화학물리연구소와 대련융과에너지저장기술개발유한공사가 13년간 협력한 배경이다. Ltd. 독립적인 혁신, 연구 개발 및 협력. 분석가들은 시범 프로젝트의 성공적인 운영은 우리나라의 전바나듐 레독스 흐름전지 기술이 국제 선두 수준에 도달했음을 의미하며 재생에너지의 대중화 및 응용을 위한 효과적인 기술 지원을 제공하고 중요한 사회적 이익을 제공하며 상당한 창출을 가져올 것이라고 말했습니다. 경제적 영향.

중국의 1조 달러 규모 에너지 저장 시장이 시작될 것이다

우리 나라의 '신에너지 자동차(견적 구역) 산업 발전 계획'과 최근 몇 년간 배터리 산업 데이터를 계산한 바에 따르면 바나듐은 풍력 에너지 저장 장비와 도시 피크 에너지 저장 장비의 시장 규모는 약 1조 1천억 위안에 달할 것이며 이는 국가 경제 발전의 일반적인 추세에 따라 바나듐 배터리 산업에 역사적인 기회를 가져올 것입니다.

미래에는 바나듐 배터리가 세계 순수전기차 배터리 트렌드를 주도하게 될 것이다. 최근 바나듐 배터리는 국가 '863 계획' 후보 프로젝트에 포함되었습니다. 중국-독일 '본 프로젝트' 신에너지 자동차 프로젝트는 수백억 달러를 투자하여 2011년 4월 하이난 섬에 기초를 마련했습니다. 핵심 포인트 중 하나입니다.

현재 바나듐 배터리에 관해 정부, 업계, 학계는 모두 완전한 지식을 갖고 있으며 모두 중국에서 바나듐 배터리의 발전 전망이 있다고 믿고 있습니다.

우선, 중국은 바나듐 자원이 풍부하고 핵심 기술을 보유하고 있습니다. 국경 간 통합을 통해 중국 기업은 이제 세계의 주요 바나듐 배터리 기술을 마스터했습니다. 바나듐 배터리의 특성도 다음과 같은 중국 전력망의 요구에 적합합니다. 긴 수명, 반복 가능한 방전, 높은 신뢰성으로 스마트 그리드 구축에 대한 중국의 요구를 완전히 충족할 수 있습니다.

일본에서는 발전소 피킹 및 풍력에너지 저장에 사용되는 바나듐 배터리가 급속히 발전하고 있는 것으로 파악된다. . 그러나 우리나라의 바나듐전지 산업은 아직 초기 단계이다. 국내 바나듐 배터리 분야의 새로운 상황에 대응하여 Zhongce Capital Group은 광물 에너지 분야에 대한 광범위한 투자를 바탕으로 현재 쉬저우, 난양 및 기타 지역에 바나듐 배터리 원료(시장 지역) 생산 기지를 설립했습니다. 중국에서 가장 큰 풍력 발전 기지를 설립했습니다. 풍력, 태양광, 전력 저장을 통합한 국가 차원의 시범 기지가 간쑤성 위먼에 설립되었습니다. 또한, 그룹은 지분 제휴를 통해 일본과 한국의 바나듐 배터리 신기술을 도입한 후 이를 흡수, 소화, 혁신하고, 한중일 엔지니어링 기술 공동 R&D 센터를 설립하고 전 세계 여러 국가에 특허를 출원했습니다. .

관련 데이터에 따르면 우리나라의 바나듐 매장량은 전 세계 바나듐 매장량의 35%를 차지하며, 세계 1위를 차지하고 있으며, 2010년 우리나라의 바나듐 생산량은 전 세계 생산량의 48%를 차지합니다. 우수한 자원 보유로 인해 우리나라의 바나듐 배터리 산업 발전을 위한 독특한 조건이 조성되었습니다.

업계 관계자는 바나듐 배터리는 금속 바나듐 원소를 기반으로 한 산화환원 배터리 에너지 저장 시스템으로 대규모 정적 에너지 저장에 매우 적합하며 태양광 및 풍력 발전 에너지에 널리 사용될 것이라고 말했다. 미래의 저장 장비는 발전소 에너지 저장 피크 저감 및 전기 자동차와 같은 분야가 미래 배터리 개발의 중요한 방향이 될 수 있습니다. 풍력 및 태양광 발전이 전력망에 미치는 영향을 줄이기 위해 각 발전 장치에는 전력의 10%~50%에 해당하는 전력을 갖춘 에너지 저장 배터리를 장착해야 하며, 에너지 저장 수요는 설치된 풍력발전 용량보다 20% 이상 높다. 일부 증권사 분석가들은 중국의 바나듐 배터리 시장이 2020년에 1조 6천억 위안에 달할 것으로 추산하고 있으며, 그 중 풍력 발전의 생산 가치가 주요 부분을 차지할 것입니다.

바나듐 관련 컨셉주 주목

세계 최대 5MW/10MWh 전바나듐 레독스 흐름전지 에너지 저장 시스템 응용 실증사업의 선한 리더십 아래 바나듐 전지의 미래 우리나라의 신에너지 산업도 '바나듐 배터리 시대'에 돌입한다는 사실과 함께 Mingxing Power, Nationstar Optoelectronics와 같은 바나듐 관련 주식이 에너지 저장 산업의 '다크호스'가 될 것으로 예상됩니다. , Tianxing Instruments 및 Hailiang Shares는 자금 지원을 받게 됩니다.

스타파워(600101): 일부 분석가들은 바나듐이 '현대 산업의 글루타민산나트륨'으로 알려져 있다고 지적했다. 회사는 Sichuan Aoshenda Resource Investment and Development Co., Ltd.의 지분 100%를 보유하고 있습니다. Aoshenda Company는 광물 탐사 및 개발 분야에서 많은 작업을 수행했습니다. 회사는 Sichuan Ganzi 및 Pingwu, Shaanxi Shanyang, Tibet Jiangda, Xinjiang Qiemo를 인수했습니다. 철, 망간, 바나듐, 은, 구리, 납, 아연 등 다양한 유형의 7가지 채굴권이 있습니다. 이 중 아오셴다의 핵심 자산은 산시성 산양현 양와 바나듐 광산 프로젝트로 지분율 75%를 보유하고 있다(광업권 획득).

Nationstar Optoelectronics(002449) : 2013년 1월 , 회사 주주총회는 바나듐 산업 프로젝트의 투자 시행 주체를 조정하기로 합의했으며 Longyu Vanadium은 계속해서 프로젝트를 주체로 진행할 것입니다. Longyu Vanadium은 2005년 말부터 허난성 Xichuan현 Damogou의 바나듐 광산의 채굴권에 의존해 왔으며 토지자원부에서 발행한 채굴 허가증을 획득했습니다. 광산 지역은 오산화바나듐입니다.

Tianxing Instrument(000710): 2008년 6월 Xindilong Mining Company 지분 70% 인수를 완료했으며 현재 유효한 Yaolinghe Vanadium Mine의 채굴 라이센스를 취득했습니다. 기간은 2010년 12월 28일부터 2013년 12월 28일까지 3년이다. 본 프로젝트의 탐사 면적은 6.46평방킬로미터이다. 현재 신디롱이 소유한 야오링하 바나듐 광산의 매장량은 2,382만 톤이다. 프로젝트 건설(견적 면적)은 약 6,000만 위안을 투자해야 한다. 그래야만 투자와 건설이 가능하다.

Hailiang Shares(002203): 회사는 Henghao Mining 주식 5천만주를 보유하고 있으며 이는 발행 후 Henghao Mining 전체 자본금의 12.89%를 차지합니다. Henghao Mining에는 니켈 광산 4개, 바나듐 광산 1개, 망간 광산 2개, 구리-몰리브덴 광산 2개가 있으며 바나듐 금속 매장량은 420,300톤에 달하는 것으로 알려졌습니다. 1. 반응이 일어나는 곳으로 스택을 전해액이 저장되는 저장탱크와 분리해 기존 배터리의 자가방전 현상을 근본적으로 극복했다.

전력은 스택의 크기에 따라 달라지며 용량은 전해질 저장량과 농도에 따라 달라집니다. 전력이 일정할 때 에너지 저장 용량을 늘리려면 전해질 저장량만 늘리면 됩니다. 탱크 용량을 늘리거나 전해질 용량이나 농도를 높이십시오. 예, 충전된 상태에서 전해질을 교체하거나 추가하면 스택의 크기를 변경하지 않고도 "즉시 충전"을 달성할 수 있습니다. 킬로와트에서 수백 메가와트에 이르는 에너지 저장 발전소를 구축하는 데 사용할 수 있으며 적응성이 뛰어납니다.

2. 충전 및 방전 성능이 우수하고 고전력 충전 및 방전을 수행할 수 있으며 플로트 충전 및 완전 방전도 가능합니다. 납산 배터리의 경우 방전 전류가 클수록 배터리 수명이 짧아지고 방전 깊이가 깊을수록 배터리 수명이 단축됩니다. 바나듐 배터리의 방전 깊이가 100%에 도달하더라도 배터리에는 영향을 미치지 않습니다. 또한 바나듐 배터리는 합선이 발생하지 않으므로 합선으로 인한 폭발과 같은 안전 문제를 피할 수 있습니다.

3. 매우 여러 번 충전 및 방전이 가능하며 이론 수명은 셀 수 없이 많습니다. 충전-방전 시간 비율은 1:1인 반면, 납축 배터리의 비율은 4:1입니다. 또한 바나듐 배터리 충전 및 방전 전환의 응답 속도는 20밀리초 미만으로 빠르며 이는 균형 잡힌 전원 공급에 매우 도움이 됩니다.

4. 높은 에너지 효율. DC-DC 에너지 효율은 80% 이상에 도달할 수 있지만 납축 배터리는 약 60%에 불과합니다. 바나듐 배터리 팩의 각 유닛의 배터리 상태는 기본적으로 동일하므로 유지 관리가 간단하고 편리합니다.

5. 현장 선택이 매우 자유로우며 작은 면적을 차지합니다. 시스템은 완전히 자동으로 닫힐 수 있으며 산성 미스트나 산성 부식 없이 작동됩니다. 전해질은 재사용이 가능하고 배출물이 없으며 유지 관리가 간단하고 운영 비용이 저렴합니다. 친환경적이고 친환경적인 에너지 저장 기술입니다. 따라서 재생에너지 발전을 위해서는 바나듐 배터리가 납축 배터리를 대체하는 이상적인 대안입니다. 다른 화학 동력원과 비교할 때 바나듐 배터리는 다음과 같은 확실한 장점을 가지고 있습니다.

1. 높은 출력: 단일 셀 수와 전극 면적을 늘려 바나듐 배터리의 출력을 높일 수 있습니다. 미국에서 상용 시범 운영 중인 바나듐 배터리의 전력은 6MW에 도달했습니다.

2. 대용량: 전해질의 양을 임의로 늘리면 바나듐 배터리의 전력을 임의로 높일 수 있으며 전해질의 농도를 높이면 바나듐 배터리가 기가와트 시간 이상에 도달할 수 있습니다. 힘이 두 배로 커집니다.

3. 고효율: 바나듐 배터리는 전극 촉매 활성이 높고 양극 및 음극 활성 물질이 각각 양극 및 음극 전해액 저장 탱크에 저장되므로 양극 및 음극의 자체 방전 소모 활물질을 사용하지 않아 바나듐 배터리의 충전 및 방전 에너지 변환 효율은 75% 이상으로 납축 배터리의 45%보다 훨씬 높습니다.

4. 긴 수명: 바나듐 전지의 양극 활물질과 음극 활물질은 각각 양극 전해액과 음극 전해액에만 존재하기 때문에 다른 전지에서 흔히 발생하는 충방전 시 상변화가 없으며, 배터리가 손상되지 않고 심하게 방전되어 배터리 수명이 길어집니다. 캐나다 VRB Power Systems가 가장 오랫동안 상업적으로 시연한 바나듐 배터리 모듈은 9년 이상 정상적으로 작동해 왔으며, 충방전 주기 수명이 18,000회 이상으로 고정식 납 배터리 모듈의 1,000배보다 훨씬 높습니다. 산성 배터리.

5. 빠른 응답 속도: 바나듐 배터리 스택은 전해질로 채워져 있으며 작동 중 충전과 방전 상태를 전환하는 데 0.02초밖에 걸리지 않으며 응답 속도는 1입니다. 밀리초.

6. 순간 충전: 바나듐 배터리의 순간 충전은 전해액 교체로 가능합니다.

7. 높은 안전성: 바나듐 배터리는 폭발이나 화재 위험이 없습니다. 양극 전해액과 음극 전해액을 섞어도 위험은 없지만 전해액의 온도가 약간 올라갑니다.

8. 저렴한 비용: 바나듐 배터리 구성 요소는 대부분 값싼 탄소 재료이며 재료가 풍부하고 전극 촉매로 귀금속이 필요하지 않습니다. 그리고 비용이 저렴합니다.

9. 바나듐 배터리는 위치 선택이 매우 자유로우며 완전 자동으로 닫히고 오염 없이 작동할 수 있습니다. 바나듐 배터리에는 두 가지 주요 기술적 문제가 있습니다. 첫째, 바나듐 배터리의 양극 전해질에 있는 5가 바나듐은 방치하거나 온도가 섭씨 45도보다 높을 때 오산화바나듐을 침전시키는 경향이 있습니다. 침전된 침전물은 흐름 채널을 차단합니다. 탄소 펠트 섬유로 코팅하면 스택이 폐기될 때까지 스택의 성능이 저하됩니다. 스택의 전해질 온도는 장기간 작동 시 쉽게 섭씨 45도를 초과할 수 있습니다. 둘째, 흑연판은 양극 전해액에 의해 에칭되어야 하며, 사용자가 올바르게 작동하면 흑연판은 1회 충전으로 완전히 에칭될 수 있다. 스택은 폐기만 가능합니다. 정상적인 사용 시 전문가가 2개월마다 유지 관리를 수행해야 합니다. 이러한 빈도가 높은 유지 관리는 비용이 많이 들고 힘든 일입니다.

게다가 바나듐 배터리의 가격도 너무 비싸다.

5kW 배터리를 예로 들면 전해질(1입방미터, 1.8mol/L)은 170,000, 제어 시스템은 100,000, 다이어프램은 70,000, 플레이트와 프레임은 40,000, 흑연 플레이트는 15,000, 펌프는 7,000, 카본펠트는 4,000으로 총 원재료비는 406,000원이며, 부재료비와 인건비는 포함되어 있지 않습니다. 따라서 5킬로와트 바나듐 배터리의 가격은 40만 개가 넘는다. 이는 같은 사양의 납축전지 가격보다 몇 배나 비싼 것이다.

환경적 관점에서 볼 때, 바나듐 배터리는 전해질을 준비하는 데 사용되는 원료, 양극 침전물, 누출된 양극 용액 이후에 형성되는 얇은 층은 전혀 환경 친화적이지 않습니다. -건조한 것은 모두 같은 것을 가지고 있습니다. 그러면 그것은 매우 독성이 강한 화학물질인 오산화바나듐입니다.

바나듐 배터리에는 아직 해결해야 할 문제가 많다. 사람들을 낙관하지 못하게 만드는 것은 10년이 넘도록 중국에서 바나듐 배터리에 대한 획기적인 진전을 이룬 과학 연구 기관이 없다는 점이다. 바나듐 배터리(VRB)는 미국, 일본, 호주 및 기타 국가에서 적용되는 새로운 유형의 청정 에너지 저장 장치입니다. 전력이 높고 수명이 길며 잦은 무거운 부하를 지원합니다. 전류 충전 및 방전, 친환경 및 무공해 등 명백한 기술적 이점을 바탕으로 주로 재생 에너지 그리드 연결 발전, 도시 그리드 에너지 저장, 원격 전력에 사용됩니다. 공급, UPS 시스템, 섬 애플리케이션 및 기타 분야.

이르면 1960년대부터 철-크롬계 산화환원 전지가 소개됐지만 바나듐 기반 산화환원 전지는 1985년 호주 뉴사우스웨일스 대학의 마리아 카코스(Marria Kacos)가 제안했다. 년, 연구 개발을 통해 바나듐 배터리 기술이 성숙해졌습니다. 일본에서는 발전소 피크 저감 및 풍력 에너지 저장에 사용되는 고정식(전기 자동차에 비해) 바나듐 배터리가 빠르게 발전하고 있으며, 고출력 바나듐 배터리 에너지 저장 시스템이 실용화되어 상용화가 본격화되고 있습니다. 예비 작업: 우리 부서는 1995년 중국에서 바나듐 배터리 개발을 주도했습니다. 우리는 20W, 100W, 500W 바나듐 배터리 시제품 개발에 성공하여 바나듐 배터리 핵심 기술을 혁신하고 국내 격차를 메웠습니다. 4가 바나듐 용액 제조, 전도성 플라스틱 성형 및 양산, 중형 배터리 팩 조립 및 디버깅 등 기술 개발에 성공했습니다. 1998년에는 500W 바나듐 배터리 프로토타입이 배터리 자동차를 운전하는 데 사용되었습니다. 800W 제품 프로토타입이 개발되었습니다.