Pe măsură ce rețelele din întreaga lume integrează cote mai mari de energie solară și eoliană intermitentă, stocarea energiei pe termen lung-a apărut ca piesa critică lipsă a puzzle-ului energiei curate. Printre cele mai promițătoare tehnologii de-durată lungă se numără bateriile cu flux redox și, în special, bateriile cu flux de vanadiu (VFB) au atins maturitatea comercială pentru aplicații la scară-utilităților și de stocare industrială. În centrul fiecărui sistem de baterii cu flux se află materialele de electrozi pe bază de grafit-care permit reacțiile electrochimice care stochează și eliberează energie, făcând din grafit un factor necunoscut, dar esențial, al revoluției de stocare de-durată lungă.
Se estimează că piața globală a bateriilor cu flux de vanadiu va crește de la aproximativ 620 milioane USD în 2025 la peste 3,1 miliarde USD până în 2033, reprezentând o rată de creștere anuală compusă robustă de 22,3% conform previziunilor industriei. Această creștere explozivă este determinată de scăderea costurilor sistemului, de îmbunătățirea durabilității și de sprijinul puternic al politicii pentru stocarea pe durată lungă-în China, Uniunea Europeană și Statele Unite. China domină în prezent implementarea globală a VFB, reprezentând aproximativ 70% din capacitatea instalată, cu sute de proiecte la scară-megawați în funcțiune și conducte de mai multe-gigawați în curs de dezvoltare.
Electrozii din pâslă de grafit și din hârtie de grafit servesc ca locuri de reacție unde electrolitul de vanadiu suferă oxidare și reducere în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare. Spre deosebire de electrozii solizi utilizați în bateriile cu litiu-, electrozii pentru baterii cu flux sunt structuri poroase, conductoare, care permit electrolitului să curgă, oferind în același timp o suprafață enormă pentru reacțiile electrochimice. Pâsla de grafit pe bază de poliacrilonitril (PAN)-este materialul dominant pentru electrozi, apreciat pentru conductivitatea electrică ridicată, rezistența excelentă la coroziune în electroliții acizi, porozitatea controlabilă și costul relativ scăzut.
Performanța electrozilor de grafit determină în mod direct densitatea puterii, eficiența și durata de viață a sistemelor de baterii cu flux. Pâslă de grafit de-puritate ridicată cu structură optimizată a fibrei oferă o rezistență electrică mai mică, permițând densități de curent mai mari și design de sistem mai compact. Tratamentele de modificare a suprafeței pot îmbunătăți în continuare activitatea electrochimică, reducând pierderile de suprapotenţial și sporind eficienţa-dus-întors. În mod critic, electrozii de grafit prezintă o durabilitate excepțională în mediul cu electroliți de vanadiu extrem de acid, cu durate de viață care depășesc 15.000–20.000 de cicluri-mult peste ceea ce pot obține majoritatea chimilor cu ioni de litiu-. Acest ciclu lung de viață este unul dintre principalele motive pentru care bateriile cu flux sunt atât de potrivite-pentru aplicațiile staționare de stocare-de lungă durată, care trebuie să funcționeze fiabil timp de 20+ ani.
Dincolo de electrozii din pâslă din grafit, plăcile bipolare din grafit și colectoarele de curent sunt, de asemenea, componente critice în stivele de baterii de flux. Aceste plăci rigide de grafit distribuie fluxul de electroliți, conduc curentul între celule și oferă suport structural pentru ansamblul stivei. Multe dintre tehnologiile din aceleași materiale de grafit dezvoltate pentru plăcile bipolare pentru celulele de combustibil cu hidrogen sunt direct aplicabile sistemelor de baterii cu flux, creând sinergii tehnologice în ambele sectoare de energie curată. Plăcile de grafit impregnate cu rășină-de înaltă-densitate-sunt preferate pentru utilizarea bateriilor cu flux, deoarece combină o conductivitate electrică excelentă cu permeabilitatea electroliților aproape de-zero, prevenind contaminarea încrucișată-între circuitele electroliților.
Fabrica de matrițe abrazive și grafit Huixian Jincheng, un producător specializat de grafit cu peste 40 de ani de experiență în industrie cu sediul în orașul Huixian, provincia Henan, produce plăci bipolare de grafit de înaltă performanță-și componente conductoare din grafit care sunt potrivite-pentru aplicațiile bateriilor cu flux de vanadiu. Bazându-se pe experiența sa în fabricarea componentelor din grafit pentru celule de combustie, compania și-a extins portofoliul de produse pentru a servi piața de stocare staționară a energiei în creștere rapidă.
Jincheng Graphite produce plăci de grafit pentru baterii de flux din materiale de grafit izostatic și turnate cu densitate mare-, utilizând mai multe cicluri de impregnare în vid pentru a obține o permeabilitate extrem de scăzută și pentru a preveni infiltrarea electroliților. Acest lucru este esențial pentru fiabilitatea bateriei, deoarece orice scurgere de electrolit prin plăcile bipolare ar degrada performanța și ar necesita întreținere costisitoare. Centrele de prelucrare CNC ale companiei 50+ permit fabricarea cu precizie a canalelor de câmp de curgere, a deschiderilor de colectoare și a suprafețelor de etanșare cu dimensiuni maxime de până la 1.000 mm, găzduind atât sisteme de baterii modulare mici, cât și modele mai mari de stive la scară-utilă.
Aceleași tehnici de finisare a suprafeței de precizie utilizate pentru plăcile bipolare pentru celulele de combustie sunt aplicate componentelor bateriei cu flux, realizând rugozitatea suprafeței sub Ra 1μm pentru a asigura un bun contact electric și o distribuție uniformă a curentului în zona electrodului. Jincheng Graphite lucrează, de asemenea, îndeaproape cu integratorii de sisteme de baterii cu flux pentru a personaliza geometria plăcii, gradul materialului și designul canalului de curgere pentru a se potrivi cerințelor specifice ale sistemului, optimizând atât performanța, cât și costul. Cu modelul său de producție integrat vertical, de la pulbere brută la componenta finită, compania poate oferi o calitate constantă la prețuri competitive pentru piața în creștere a stocării de energie.
Privind în perspectivă, piața electrozilor cu grafit pentru baterii de flux va crește în pas odată cu implementarea globală a stocării de-durată lungă. Pe măsură ce dimensiunile sistemului cresc de la instalații comerciale la scară de kilowați-la proiecte de utilități de mai multe-sute-megawați, cererea pentru plăci bipolare de grafit de-format mare și pâslă de grafit de-volum mare va crește. Progresele tehnologice, inclusiv tratamente avansate de suprafață, electrozi de grafit compozit și metode de producție cu costuri mai mici-, vor continua să îmbunătățească performanța, reducând în același timp costurile. Pentru producătorii de grafit, cum ar fi Jincheng Graphite, care au deja capacități puternice în producția de plăci bipolare, piața bateriilor cu flux reprezintă o extensie naturală, cu{10}}creștere ridicată a portofoliului lor existent de produse de energie curată.
