वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी

संदर्भ

केंद्रीय विद्युत और आवास एवं शहरी मामलों के मंत्री ने ग्रेटर नोएडा में भारत की पहली मेगावाट-घंटा (MWh) पैमाने की वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी (Vanadium Redox Flow Battery- VRFB) का उद्घाटन किया।

• VRFB अगली पीढ़ी की बैटरी प्रौद्योगिकियों में से एक है, जो ग्रिड-स्केल और नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण के लिए महत्त्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है, तथा भारत की सतत् ऊर्जा प्रणालियों की ओर संक्रमण में सहायता करती है।

वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी (VRFB) के बारे में

• कार्य सिद्धांत: VRFB एक प्रकार की प्रवाहमान बैटरी है, जिसमें ऊर्जा विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं वाले वैनेडियम आयनों से युक्त द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स में संगृहित की जाती है।
• ये इलेक्ट्रोलाइट्स एक ‘आयॉन सेलेक्टिव मेम्ब्रेन’ द्वारा पृथक्कृत ‘सेल स्टैक्स’ के माध्यम से परिचालित होते हैं, जिससे मेम्ब्रेन आयनों के मिश्रण को रोकते हुए केवल आवश्यक आयनों को जाने देती है।
• दोनों इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए एक ही तत्व (वैनेडियम) का उपयोग किया जाता है, जो संदूषण को रोकता है और दीर्घ परिचालन अवधि प्रदान करता है।
• लाभ
  • मापनीयता: ऊर्जा क्षमता इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा पर निर्भर करती है, जबकि विद्युत् उत्पादन ‘सेल स्टैक’ के आकार द्वारा निर्धारित होता है; दोनों को स्वतंत्र रूप से मापा जा सकता है।
  • सुरक्षा: जल-आधारित इलेक्ट्रोलाइट ज्वलनशील नहीं होता है, जिससे यह प्रणाली लिथियम-आयन बैटरियों की तुलना में अधिक सुरक्षित हो जाती है।
  • दीर्घायु: इलेक्ट्रोलाइट का पुन: उपयोग या पुनर्चक्रण किया जा सकता है और यह प्रणाली बिना किसी क्षरण के हजारों ‘चार्ज/डिस्चार्ज’ चक्रों को सहन कर सकती है।
  • पूर्ण डिस्चार्ज सहनशीलता: इसे लिथियम-आयन बैटरियों के विपरीत, पूरी तरह से डिस्चार्ज (100%) किया जा सकता है, क्योंकि लिथियम-आयन बैटरियों को पूरी तरह से डिस्चार्ज करने पर नुकसान का खतरा होता है।
  • पर्यावरण-अनुकूल: दुर्लभ मृदा तत्व और लिथियम के आयात पर निर्भरता कम होगी, जिससे स्वदेशी समाधानों को बढ़ावा मिलेगा।​

वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी (VRFB) बनाम लिथियम-आयन बैटरी

विशेषताएँ	वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी (VRFB)	लिथियम-आयन बैटरी
ऊर्जा भंडारण	तरल वैनेडियम इलेक्ट्रोलाइट्स में	ठोस इलेक्ट्रोड में
ठोस इलेक्ट्रोड में अनुमापकता	स्वतंत्र मापनीयता (ऊर्जा/शक्ति)	निश्चित सेल क्षमता
ऊर्जा घनत्व	कम, स्थिर उपयोग के लिए उपयुक्त	उच्चतर, संचालनीयता हेतु उपयुक्त
सुरक्षा	गैर-ज्वलनशील, स्थिर	अधिक गर्म हो सकता है, आग लगने का खतरा रहता है।
अवधिकाल	>25 वर्ष, न्यूनतम क्षरण	क्षमता खो देता है, लगभग 5-10 वर्ष
लागत प्रभावशीलता	शुरुआत में अधिक, अवधिकाल में कम	शुरुआत में कम, जीवन भर अधिक
पूर्ण निर्वहन क्षमता	बिना किसी क्षति के 100% निर्वहन	रसायन विज्ञान द्वारा सीमित, क्षति का जोखिम
आवेदन	ग्रिड-स्केल, नवीकरणीय ऊर्जा, बैकअप	वाहन, इलेक्ट्रॉनिक्स, अल्पकालिक भंडारण

‘फ्लो बैटरी’ और ‘सॉलिड-स्टेट बैटरी’ के बीच अंतर

विशेषताएँ	फ्लो बैटरी	सॉलिड-स्टेट बैटरी
मुख्य कार्य सिद्धांत	बाह्य तरल इलेक्ट्रोलाइट टैंकों में ऊर्जा का भंडारण; शक्ति और ऊर्जा क्षमता को अलग किया जाता है।	ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करता है; ऊर्जा और शक्ति घनत्व जटिल सेल डिजाइन पर निर्भर करता है।
मुख्य इलेक्ट्रोलाइट	तरल इलेक्ट्रोलाइट्स (आमतौर पर वैनेडियम या जिंक-ब्रोमीन का मिश्रण)।	ठोस इलेक्ट्रोलाइट (सिरेमिक, काँच, या बहुलक)
अनुमापकता	आसानी से मापनीय (अधिक ऊर्जा के लिए टैंक का आकार बढ़ाना)।	सीमित मापनीयता; उपभोक्ता/EV पैमानों के लिए अधिकतर मॉड्यूलर
सुरक्षा	कम तापीय असंतुलन जोखिम; न्यूनतम रिसाव संभावना	उच्च तापीय स्थिरता; आग/विस्फोट का कम जोखिम
ऊर्जा घनत्व	निम्न (समान भंडारण के लिए बड़ा, भारी)।	उच्च तापीय स्थिरता; आग/विस्फोट का कम जोखिम
विशिष्ट उपयोग	ग्रिड भंडारण, नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण।	इलेक्ट्रिक वाहन, पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स
चार्ज/डिस्चार्ज चक्र	लंबा चक्र जीवन, अत्यधिक निर्वहन का सामना कर सकता है।	लंबा चक्र जीवन, लेकिन वर्तमान तकनीक पर निर्भर करता है।
वाणिज्यिक उदाहरण	वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो (VRFB) (सुमितोमो इलेक्ट्रिक, इनविनिटी)। जिंक-ब्रोमीन फ्लो (रेडफ्लो)।	क्वांटमस्केप सॉलिड-स्टेट (इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए) टोयोटा और सैमसंग एडवांस्ड सॉलिड-स्टेट

वैनेडियम के बारे में वैनेडियम (प्रतीक V, परमाणु संख्या 23) पृथ्वी की पर्पटी में पाई जाने वाली एक संक्रमण धातु है। गुण कठोर, तन्य, चाँदी-भूरे रंग की धातु। इसका गलनांक उच्च (लगभग 1910°C) और संक्षारण प्रतिरोध उत्कृष्ट होता है। यह अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाओं (+2, +3, +4, +5) में यौगिक का निर्माण करता है, जिससे चमकीले रंग के संकुल का निर्माण होता है। वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरियों (VRFBs) में प्रमुख: वैनेडियम की अनेक ऑक्सीकरण अवस्थाओं में विद्यमान रहने की क्षमता बड़े कुशल पैमाने पर ऊर्जा भंडारण समाधानों को सक्षम बनाती है। औद्योगिक और ऊर्जा उपयोग इस्पात मिश्रधातु के निर्माण में: यह धातु मुख्यतः विशिष्ट इस्पात मिश्रधातुओं के निर्माण में प्रयुक्त होती है, जो इस्पात को अतिरिक्त शक्ति, तन्यता और संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती है। विमानन: अपने शक्ति-भार अनुपात के कारण एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए महत्त्वपूर्ण है। रासायनिक उद्योगों में उत्प्रेरक: विशेष रूप से सल्फ्यूरिक अम्ल (वैनेडियम पेंटॉक्साइड) के उत्पादन में।

महत्त्व

• नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण को मजबूत करना: NTPC नेत्रा, नोएडा जैसे संयंत्रों में वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरियों (VRFB) का बड़े पैमाने पर प्रयोग, नवीकरणीय ऊर्जा की रुकावट को कम करती है और राष्ट्रीय ग्रिड में सौर और पवन ऊर्जा का स्थिर एकीकरण सुनिश्चित करती है।
• ऊर्जा सुरक्षा और स्थायित्व में वृद्धि: VRFB भारत के ऊर्जा भंडारण पोर्टफोलियो में विविधता लाते हैं, आयातित लिथियम और दुर्लभ मृदाओं पर निर्भरता कम करते हैं, और सुरक्षा एवं पर्यावरणीय स्थायित्व के लिए नए मानक स्थापित करते हैं।
• तकनीकी नेतृत्व को बढ़ावा: ‘फ्लो-बैटरी’ प्रणालियों में बढ़ती घरेलू विशेषज्ञता के साथ, भारत दीर्घकालिक ऊर्जा भंडारण (LDES) और स्वच्छ ऊर्जा नवाचार में एक वैश्विक नेतृत्त्वकर्त्ता के रूप में उभर रहा है।

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