Net als bij de brandstofcel en de conventionele accu is er niet slechts één type met vaste ingrediënten, maar zijn er talloze soorten flowcellen met verschillende chemische samenstellingen en eigenschappen. Ieder type gebruikt weer een andere samenstelling van grondstoffen, zoals vanadium, zinkbromide, waterstofbromide en een organische variant. Ze verschillen voornamelijk in de chemische stoffen die ze gebruiken voor energieopslag en -teruggave, maar ieder type heeft ook zijn voor- en nadelen, en de verschillen zijn daardoor best groot.
| Type | Energiedichtheid (Wh/kg)* | Ruwe schatting kosten per kWh* | Bijzonderheden |
|---|---|---|---|
| Vanadiumredox | 25-35 | $ 300-500 | Veel ervaring mee, geopolitieke grondstof |
| Zink-broom | 70-85 | $ 250-400 | Relatief hoge energiedichtheid, snelle laadtijd |
| IJzer-chroom | 20-30 | $ 200-350 | Relatief lage kosten, milieuvriendelijk |
| Waterstof-broom | 40-50 | $ 150-300 | Relatief lage kosten, goede cyclusefficiëntie, milieuvriendelijk |
| Organische redoxflow | 15-25 | $ 350-550 | Biologisch afbreekbare elektrolyten, geen metalen, flexibel ontwerp, milieuvriendelijk |
* Deze bedragen zijn een ruwe indicatie, geen exacte wetenschap
Vanadium (V)
Van alle soorten is de vanadiumredoxflowcelaccu het meestgebruikte type van dit moment en waarschijnlijk ook het bekendste.
:strip_exif()/i/2006053732.jpeg?f=imagemedium)
Een vanadiumredoxflowcelaccu gebruikt vanadium in verschillende oxidatietoestanden in beide elektrolyten. Dat heeft als voordeel dat er geen kruisbesmetting van ionen is. Het is een zilvergrijs metaal dat voornamelijk wordt gewonnen uit bepaalde mineralen en wordt voor een deel verkregen als bijproduct bij het opwerken van ijzererts. Hoewel het relatief overvloedig aanwezig is in de aardkorst, zijn er slechts een paar landen die het in grote hoeveelheden produceren, waaronder Rusland, China en Zuid-Afrika; 85 procent van de wereldreserve komt uit die landen. Het moet dus geïmporteerd worden en dat maakt Europa en de VS afhankelijk. Dit remt de groei van flowcellen op basis van vanadium, omdat de relaties onder druk staan vanwege handelsbeperkingen. Hoewel vanadium niet als een zeldzaam element wordt beschouwd, is er geopolitieke druk en dat komt het aanbod en de prijs niet ten goede.
De eerste concepten van redoxflowcellen dateren al uit de vroege jaren zeventig, maar de vanadiumredoxflowcel werd pas in de jaren tachtig ontwikkeld door de Australische professor Maria Skyllas-Kazacos en haar team aan de University of New South Wales. Bij vanadiumflowcelaccu's wordt vanadium gebruikt in zowel de positieve als de negatieve elektrolyten, wat verschilt van andere flowcelaccu's, die verschillende chemische elementen kunnen gebruiken. Dit voorkomt dat de ene stof de andere vervuilt en verhoogt de levensduur van de accu.
/i/2006063616.webp?f=imagearticlefull)
Vanadiumprojecten
Tientallen bedrijven wereldwijd zijn actief met vanadiumflowcellen, waarvan het Amerikaanse Cellcube een prominente speler is. Naar verluidt is het betrokken bij 130 verschillende projecten wereldwijd. Het eveneens Amerikaanse UniEnergy Technologies heeft een 600kW/2,2MWh-systeem geïnstalleerd in Washington om tijdelijk energie op te slaan, maar ging in 2021 failliet. Het Chinese Rongke Power bouwt, met staatssteun, sinds 2017 een van de grootste systemen ter wereld in Dalian (China). Uiteindelijk zal dit goed zijn voor een vermogen van maar liefst 200MW en een capaciteit van 800MWh. Momenteel is de helft hiervan al opgeleverd. Andere projecten zijn een 2MW/8MWh-faciliteit van San Diego Gas & Electric en een faciliteit met dezelfde specificaties van Gills Onions' Advanced Energy Storage in Californië. Ook in het Verenigd Koninkrijk zijn er verschillende projecten met vanadiumflowcellen, onder andere van RedT.
Vanadiumflowcelaccu's staan bekend om hun lange levensduur, waardoor ze vele duizenden cycli van opladen en ontladen kunnen doorstaan zonder aanzienlijk capaciteitsverlies. Bovendien zijn ze, net als andere flowcellen, zeer schaalbaar doordat de capaciteit eenvoudig kan worden vergroot door de grootte van de opslagtanks aan te passen. Vanadiumflowcellen staan over het algemeen bekend als veiliger dan veel andere typen accu's. Zo zijn ze bijvoorbeeld veel minder gevoelig voor oververhitting dan lithiumionaccu's, waardoor de kans op een thermische runaway, een brand of explosie aanzienlijk kleiner is. Vanadiumflowcellen zijn gebaseerd op waterige elektrolyten en hebben een bredere operationele temperatuurband.
Tegenover de voordelen staan uiteraard ook nadelen. De initiële kosten zijn hoger dan bij andere flowcellen. Ze zijn ook zwaarder door de gebruikte grondstoffen, al is dat minder van belang voor stationaire toepassingen. Los daarvan is de geopolitieke afhankelijkheid de grootste zorg voor de toekomst. Voor grootschalige uitrol wil de EU niet afhankelijk zijn van landen als Rusland en China.
Vanadium zelf is momenteel niet schaars, maar het is ook niet oneindig beschikbaar. Bovendien wordt 92 procent van al het gewonnen vanadium gebruikt in de staalindustrie. Het is cruciaal als legeringselement om de sterkte, taaiheid en slijtvastheid van staal te verbeteren. Toevoeging van een kleine hoeveelheid vanadium, meestal minder dan 0,5 procent, aan koolstofstaal kan de treksterkte met wel 100 procent verhogen en de vermoeiingssterkte met tot 30 procent. Het wordt onder andere gebruikt voor auto-onderdelen, gereedschappen en bouwmaterialen.
/i/2004907232.png?f=fpa)
/i/2006379882.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/2006311380.jpeg?f=fpa)
/i/2006284996.png?f=fpa)
:strip_exif()/i/2006246492.jpeg?f=fpa)
