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Finora ci siamo concentrati sulle batterie agli ioni di litio, in particolare sul Fosfato di Ferro Litio (LFP).
Queste batterie sono i “velocisti” nel mondo dello stoccaggio energetico. Sono ideali per durate brevi da 2 a 4 ore grazie alla loro alta densità energetica e alla capacità di risposta rapida.
Tuttavia, con l’aumento della penetrazione delle energie rinnovabili, il sistema energetico ha bisogno di più dei semplici velocisti. Servono sempre più i “maratoneti”: tecnologie in grado di fornire energia stabile per molte ore o addirittura giorni. Questo è il campo dello Stoccaggio Energetico a Lunga Durata (LDES).
Una delle principali tecnologie emergenti in questo settore è la Batteria a Flusso al Vanadio (VRFB). Con un principio di funzionamento fondamentalmente diverso rispetto alle batterie agli ioni di litio, offre sicurezza eccezionale e una capacità di stoccaggio scalabile. Per questo è considerata una delle principali candidate per lo stoccaggio energetico a lunga durata su larga scala.
Per comprendere la batteria a flusso al vanadio (VRFB), bisogna mettere da parte il concetto convenzionale di batteria.
In una batteria tradizionale, come quella agli ioni di litio, elettrodo positivo, elettrodo negativo e elettrolita sono contenuti in una singola cella sigillata. I componenti che forniscono energia e potenza sono strettamente legati.
La VRFB, invece, utilizza un design decouplato (separato):
L’energia è immagazzinata in due grandi serbatoi esterni contenenti soluzioni elettrolitiche a base di vanadio in stati di valenza differenti:
Un serbatoio rappresenta il lato positivo, l’altro il lato negativo.
La dimensione dei serbatoi determina quanta energia (kWh/MWh) la batteria può immagazzinare, cioè la sua capacità.
La potenza è generata nello stack centrale:
Composto da più strati di membrane a scambio ionico ed elettrodi.
Durante carica e scarica, pompe fanno circolare l’elettrolita tra i serbatoi e lo stack.
Gli ioni di vanadio subiscono una reazione redox, convertendo energia elettrica in chimica e viceversa.
La dimensione e il numero degli stack determinano la velocità di carica/scarica (kW/MW), cioè la potenza della batteria.
La separazione completa di potenza ed energia offre vantaggi unici:
Per aumentare la durata di stoccaggio, basta ingrandire i serbatoi o aggiungere elettrolita.
Non è necessario cambiare il costoso componente dello stack.
Questa flessibilità non è raggiungibile dalle batterie agli ioni di litio.
La VRFB offre un set di caratteristiche quasi “su misura” per applicazioni di stoccaggio su larga scala e a lunga durata.
Questa è la caratteristica più apprezzata della VRFB:
Elettrolita acquoso: soluzione a base d’acqua con sali di vanadio, non infiammabile e non esplosiva, elimina il rischio di thermal runaway tipico delle batterie agli ioni di litio.
Funzionamento a temperatura ambiente: senza componenti ad alta pressione, garantisce operatività sicura.
Nessun rischio di incendio: anche in caso di perdita di elettrolita, si tratta solo di un liquido fuoriuscito, non di un incendio.
Questa sicurezza intrinseca la rende adatta a installazioni in aree densamente popolate o vicino a infrastrutture critiche.
Reazione non degradante: la carica-scarica comporta solo cambiamenti nello stato di valenza degli ioni di vanadio, senza degrado dello stack o dell’elettrolita.
Cicli straordinari: la vita teorica può superare i 20.000 cicli e la vita calendario oltre 20 anni.
Questa longevità rende il costo livellato di stoccaggio (LCOS) altamente competitivo per progetti su larga scala.
Capacità scalabile: ideale per stoccaggi di 4, 6, 8 ore o più.
Scarica al 100% DoD: può essere completamente caricata e scaricata senza compromettere la durata, aumentando l’efficienza energetica rispetto alle batterie agli ioni di litio.
Le batterie a flusso al vanadio combinano sicurezza, longevità e flessibilità, rendendole perfette per lo stoccaggio energetico a lunga durata. Operano in modo sicuro per decenni, con cicli di vita straordinariamente lunghi e alta efficienza energetica, supportando efficacemente le energie rinnovabili e stabilizzando la rete elettrica su larga scala.
Nonostante i suoi numerosi vantaggi, la VRFB deve affrontare alcune sfide:
Minore densità energetica: L’energia immagazzinata in un liquido rende la densità energetica inferiore rispetto alle batterie agli ioni di litio. Questo comporta un ingombro maggiore, rendendola meno adatta a spazi ridotti.
Costi di investimento iniziale più elevati: Attualmente il costo ($/kWh) è superiore a quello delle batterie agli ioni di litio, a causa di componenti chiave come la membrana a scambio ionico e l’elettrolita al vanadio ad alta purezza.
Sensibilità alla temperatura: Per evitare la precipitazione dei sali di vanadio a basse temperature, è necessaria una gestione termica per mantenere l’elettrolita attivo.
Tuttavia, i continui progressi tecnologici, la produzione nazionale dei materiali chiave e la produzione su larga scala stanno rapidamente riducendo i costi delle batterie a flusso al vanadio.
In sintesi, le batterie agli ioni di litio e le batterie a flusso al vanadio non sono in competizione, ma si completano a vicenda in scenari applicativi diversi.
Batterie agli ioni di litio: campionesse del breve periodo, da 2 a 4 ore. Ideali per applicazioni che richiedono risposta rapida e alta densità energetica.
Batterie a flusso al vanadio: specialiste del lungo periodo, da 4 ore in su. Offrono alta sicurezza, longevità e scalabilità, perfette per applicazioni su larga scala, come peak shaving e integrazione delle energie rinnovabili.
In FFD POWER, monitoriamo attentamente tutte le tecnologie di accumulo all’avanguardia, inclusa la batteria a flusso al vanadio.
Crediamo che un ecosistema di accumulo energetico sano debba essere tecnologicamente diversificato. Mentre costruiamo il nuovo sistema energetico del futuro, i “maratoneti” come la VRFB giocheranno un ruolo sempre più importante nel panorama energetico.