لقد كشف ظهور الطاقة المتجددة عن تحدي جديد يتمثل في تخزين الطاقة.
أما الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، فهي متقطعة، رغم أنها غير مكلفة. ولجعل الشبكة بأكملها تعتمد على الطاقة المتجددة، هناك حاجة إلى كمية كبيرة من التخزين لتجنب انقطاع التيار الكهربائي.
في هذه اللحظة أظهر المعدن الاستثنائي - الفاناديوم، من خلال تكنولوجيا بطاريات الفاناديوم، دوره الذي لا يمكن الاستغناء عنه في مجال الطاقة المستدامة.
مزاياها الفريدة تجعلها قابلة للتطبيق في مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، وأنظمة تخزين طاقة الشبكة، وشحن المركبات الكهربائية، والألواح الشمسية، ومولدات الديزل، ومحطات الاتصالات الأساسية.
كيف تعمل بطارية الفاناديوم؟
بطارية الفاناديوم الأكثر شيوعًا لدينا هي بطارية تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم (VRFB).
ومن المهم معرفة أن البطاريات تأتي في أنواع مختلفة، مثل تلك التي تخزن الطاقة من خلال القوة الفيزيائية أو التفاعلات الكيميائية. تنتمي بطارية تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم إلى الفئة الأخيرة.
ما يجعل هذه البطارية فريدة من نوعها هو أنها تستخدم معدنًا يسمى الفاناديوم بداخلها، والذي يمكن أن يتخذ أيضًا عدة أشكال مختلفة.
مبدأ عمله، ببساطة، هو تخزين وإطلاق الطاقة الكهربائية عن طريق الاستفادة من تحويل أيونات الفاناديوم بين حالات الأكسدة المختلفة.
كيف يتم الحصول على الفاناديوم الموجود في بطارية الفاناديوم؟
يوجد سائل خاص في البطارية يسمى المنحل بالكهرباء.
مكونها الرئيسي، خامس أكسيد الفاناديوم (V₂O₅)، عالي النقاء، مما يثبت الأداء الممتاز لبطارية الفاناديوم ويوضح القيمة العالية للفاناديوم.
الفاناديوم، معدن انتقالي، لونه رمادي-أبيض، مع ليونة ممتازة، ومقاومة للتآكل، وقوة. ويظل صلبًا عند درجة حرارة الغرفة، مع نقطة انصهار تبلغ 1910 درجة مئوية ونقطة غليان تبلغ 3407 درجة مئوية.
يتم استخراج الفاناديوم الموجود في بطاريات الفاناديوم من خام الفاناديوم.
يوجد الفاناديوم في المقام الأول في شكل الفاناديوم تيتانوماغنيتيت (المصدر الرئيسي)، الفانادينيت، خام اليورانيوم الفاناديوم، والديسكلوزيت. توجد أيضًا كميات ضئيلة من الفاناديوم في بعض الفحم والبترول والفحم الحجري.
تتفوق آلات FTM في سحق وطحن وإثراء خام الفاناديوم بكفاءة، ورفعه إلى مركزات الفاناديوم.
خطوات إنتاج خامس أكسيد الفاناديوم عالي النقاء الذي تهتم به:
1 التكسير والغربلة الأولية: استخدام الكسارات الفكية والكسارات المخروطية المتخصصة لسحق خامات الفاناديوم والتيتانو والمغنتيت الكبيرة تدريجيًا. تضمن الغربال الاهتزازية وصول الخام الذي تم الحصول عليه إلى دقة معالجة مناسبة مع فصل الشوائب بشكل فعال.
2 الطحن الدقيق: يتم تكرير الخام من خلال المطاحن الكروية أو المطاحن القضيبية حتى يصبح حجم الجسيمات أقل من 3 مم.
3 الفصل المغناطيسي: استخدام الفواصل المغناطيسية الضعيفة في بيئات المجال المغناطيسي التي يتم التحكم فيها بدقة للتخلص من المخلفات والحصول على مركزات خشنة.
4 إعادة المعالجة متعددة المراحل: بعد جولتين من الطحن والفصل المغناطيسي، تعمل كل دورة على تحسين نقاء ودرجة المركزات، وتقترب تدريجيًا من الحالة المثالية.
5 التركيز العميق: تؤدي خطوات الفصل المغناطيسي الإضافية إلى إنتاج مركزات عالية الجودة وعالية الاسترداد.
6 صهر الفرن العالي: تغذية مركزات الفاناديوم والتيتانو المغنتيت في أفران الصهر للصهر المشترك مع فحم الكوك أو الفحم لنقل عناصر الفاناديوم إلى الحديد المنصهر.
7 نفخ خبث الفاناديوم: تعريض الحديد المنصهر للنفخ في المحولات للحصول على أكاسيد غنية بالفاناديوم وأكاسيد الحديد على شكل خبث الفاناديوم وشبه الفولاذ بعد الأكسدة الانتقائية والتي تكون بمثابة مادة استخلاص الفاناديوم.
8 الصقل والتنقية: استخدام العمليات الكيميائية مثل الترشيح والترسيب واستخلاص المذيبات لتنقية الفاناديوم، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج خامس أكسيد الفاناديوم عالي النقاء.
ما تريد معرفته أيضًا:
أكثر أمانًا، وأكثر متانة، وأكثر قابلية لإعادة التدوير (مقارنة بالبطاريات الشائعة)
حاليًا، تعد بطاريات الليثيوم أيون وحمض الرصاص وهيدريد معدن النيكل والمكثفات الفائقة من أكثر المنتجات استخدامًا على نطاق واسع في حلول تخزين الطاقة.
ومع ذلك، فإنهم يواجهون أيضًا بعض التحديات:
- الاحتياطيات المحدودة: غير قادرة على تلبية جميع متطلبات تخزين الطاقة العالية والطاقة العالية.
- مخاوف تتعلق بالسلامة: احتمال نشوب حريق أو انفجار.
- التأثير البيئي: استخدام معادن ثقيلة سامة، مع إمكانية إعادة تدوير محدودة.
- انخفاض الكفاءة: يتدهور تخزين الطاقة بمرور الوقت.
ووفقا لإحصائيات غير كاملة، وقع أكثر من 70 حادثا يتعلق بسلامة تخزين الطاقة حول العالم منذ عام 2023، معظمها بسبب بطاريات الليثيوم.
وبالمقارنة، فإن بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم لها خصائص أفضل.
- أكثر أمانًا: يتكون إلكتروليت بطارية التدفق من محلول مائي، مما يزيل خطر الانفلات الحراري الذي تشاهده في بطاريات الليثيوم أيون، ويمنع الاحتراق أو الانفجار.
- عمر أطول: يمكنه تحمل عشرات الآلاف من عمليات الشحن والتفريغ ويصل عمره الافتراضي إلى أكثر من 25 عامًا، وهو ما يتجاوز دورة البطارية التقليدية.
- التوسع المرن: لزيادة السعة، تحتاج فقط إلى توسيع خزان الإلكتروليت أو زيادة التركيز؛ لزيادة الطاقة، تحتاج إلى زيادة مساحة المكدس.
- قابلة لإعادة التدوير: يمكن تحويل أيونات الفاناديوم الموجودة في المنحل بالكهرباء كيميائيًا إلى أشكال قابلة للاستخدام بعد الاستخدام.
خاتمة
من المتوقع أن تهيمن بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم على سوق تخزين الطاقة بأكثر من 1 ميجاوات في المستقبل، وتدين بنجاحها إلى المورد المعدني المهم، الفاناديوم.
ستواصل FTM Machinery تقديم خدمات التكسير والطحن والإثراء الفعالة، مما يوفر دعمًا قويًا للتسويق التجاري وتوسيع نطاق تطبيق تقنية بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال الفاناديوم.
