Ferrovanadium: סגסוגת מאסטר עם חיים שניים במערכות כוח
Ferrovanadium היא הסגסוגת הראשית הנושאת ונדיום לתוך פלדה ואל מערכות סגסוגת שבהן תוספת קטנה של ונדיום משנה התנהגות ללא פרופורציה למשקל שלה. במטלורגיה קונבנציונלית היא מחזקת פלדות מיקרו-מסגסוגות ופלדות כלי עבודה מהירים-; בגזרת החשמל הפך אותו אלמנט לאלקטרוליט שניתן לאחסן עבור סוללות זרימה ומרכיב של סגסוגות המשמשות בשירות מימן ו-טמפרטורות גבוהות.
שני השווקים מתנהגים אחרת. יצרני הפלדה קונים פרובנדיום לפי דרגות עבור תכולת הונדיום שלו ולשליטה בפחמן, אלומיניום וגופרית; פרויקטי אנרגיה קונים יחידות ונדיום שיש להמיר תחילה לאלקטרוליט-בטוהר גבוה. יצרן שממיס פרובנדיום משלו וגם מטפל בהמרת תחמוצת ונדיום יושב על פני שתי הרשתות, וזו הסיבה שמפעלי ונדיום משולבים עוקבים מקרוב אחר שוק סוללות הזרימה.
סוללות זרימת ונדיום חיזור: היכן מסתיים הונדיום
סוללת זרימת חיזור ונדיום אוגרת אנרגיה בשני מיכלים של אלקטרוליט נוזלי המסתובבים דרך ערימת תאים המופרדים על ידי קרום חילופי יונים-. המינים הפעילים הם יוני ונדיום במצבי חמצון שונים, כך שאלמנט בודד לוקח את התפקיד ששני חומרים שונים ממלאים בתא ליתיום. לעיצוב הזה יש שלוש השלכות מעשיות על אחסון-לאורך זמן.
הקיבולת נקבעת לפי נפח האלקטרוליטים, וההספק נקבע לפי שטח המחסנית, כך שניתן להתאים את השניים באופן עצמאי לפרויקט שצריך לפרוק למשך ארבע שעות או יותר.
מכיוון ששני הצדדים של התא משתמשים בוונדיום, זיהום צולב-בין מיכלים פוגע בקיבולת באיטיות וניתן להפוך אותו על ידי איזון מחדש של האלקטרוליט במקום החלפתו.
חיי המחזור הם ארוכים: באופן שגרתי מדווחים שמערכות מסחריות עוברות 15,000 מחזורי טעינה ופריקה עם דעיכה מתונה בקיבולת, וזו הסיבה שהטכנולוגיה נבחרת כאשר רכיבה עמוקה יומית במשך שנים רבות היא הדרישה.
האלקטרוליט עצמו מופק מתחמוצת ונדיום, המומסת בחומצה גופרתית לריכוז מבוקר לפני שהוא נטען למיכלים. פרובנדיום נמצא במעלה הזרם של הצעד הזה: הסגסוגת הראשית היא שמקבעת את תכולת הונדיום במוצרים מתכתיים ואת נתיב חומרי ההזנה שבאמצעותו יחידות ונדיום מוחזרות ומזוקקות במפעל ונדיום משולב. יעילות- הלוך ושוב של סוללת זרימה נמוכה מזו של מערכת ליתיום, הנקובת בדרך כלל בטווח של 70 עד 80 אחוזים, אבל האלקטרוליט לא מתבלה כמו אלקטרודה מוצקה, והונדיום שומר על ערכו בסוף הפרויקט.
יציבות רשת ושילוב מתחדש
מפעילי רשת מתמודדים עם אותה בעיה משני כיוונים: תפוקת השמש והרוח משתנה מהר יותר ממה שהמפעל הניתן לשיגור מאחוריו יכול לעקוב, ונכסי הולכה שנבנו עבור זרימות צפויות מתבקשים יותר ויותר לשאת כוח בשני הכיוונים. מערכות זרימת ונדיום מטפלות במחצית הראשונה של הבעיה על ידי העברת אנרגיה על פני שעות ולא דקות, אחסון עודפי ייצור צהריים והחזרתו בשיא הערב.
Ferrovanadium מופיע גם בצד החומרה של אותה בעיה. תוספות ונדיום מעלות את החוזק ועמידותן בפני קורוזיה של פלדות המשמשות ברכיבים מבניים וחשמליים, כך שניתן לבנות ליבות שנאים, מבני תמסורת ואביזרים למתח גבוה- עם שוליים מכניים טובים יותר. שתי ההשפעות משלימות: אחסון אנרגיה כימית מחליק את חוסר האיזון, ופלדות הנושאות ונדיום- הופכות את הרשת עצמה ליותר עמידה.
אחסון מימן וסגסוגות-בטמפרטורה גבוהה
סגסוגות מבוססות-ונדיום הן אחת מהמשפחות המבוססות לאגירת מימן במצב מוצק-, אחסון מימן בתנאי הסביבה כהידריד מתכת. לחץ ההפעלה נמוך בהרבה מזה של גליל בלחץ גבוה-, המתאים ליישומים נייחים וניידים שבהם כלי האחסון הוא האילוץ. עיצוב סגסוגת משמש לכוונון לחץ הרמה ואת הפיכות הקליטה.
בשירות-בטמפרטורה גבוהה, ונדיום מחזק סגסוגות שצריכות לעמוד בפני זחילה במשך שנים. דרגות פרובנדיום-מבוקרות באלומיניום שומרות על שאריות האלומיניום נמוכות כך שלהב טורבינה או רכיב כור לא קולטים עודף מהאלמנט הזה, ופלדות אל-חלד הנושאות- ונדיום נבחרות בשל הסבילות שלהן לתנאי שירות תובעניים. ייצור חשמל, אפוא, צורך ונדיום פעמיים: במפעל האגירה ובחומרי המפעל המייצר.
ציונים, מפרטים ובקרת איכות
מערכת דרגת הפרובנדיום הסינית, מכוסה על ידי GB/T 4139, מאורגנת לפי תכולת ונדיום נומינלית. FeV 50 נושא 50 אחוז ונדיום נומינלי, FeV 60 מצויין בטווח של 58 עד 65 אחוזים ו-FeV 80 בטווח של 78 עד 82 אחוז, מה שהופך אותו לדרגת הבחירה שבה ישנה יחידות הוונדיום הגבוהות ביותר לטון משא. גרסאות אלומיניום-מבוקרות ופחות{12}}פחמן מהדרגה העליונה משמשות כאשר הסגסוגת במורד הזרם אינה יכולה לקבל את השאריות הללו.
| צִיוּן | תכולת ונדיום | תכונות מבוקרות | שימוש אופייני |
|---|---|---|---|
| FeV 50 | נומינלי 50% V | טווח ונדיום, מקסימום גופרית וזרחן מוסכם לפי מפרט | ייצור פלדה כללי והסרת חמצון |
| FeV 60 | 58 - 65 % V | אלומיניום ופחמן נשלטים לפי מפרט; חוזק ועמידות בפני קורוזיה של פלדות תמסורת | פלדות מיקרו-מסגסוגות ומבניות |
| FeV 80 | 78 - 82 % V | יחידות ונדיום הגבוהות ביותר לטון; גרסת אלומיניום-נמוכה שנשמרה על או מתחת ל-1.5% Al | סגסוגות-על, רכיבי-טמפרטורה גבוהה, הזנת סגסוגת |
| FeV 80 דל פחמן | 78 - 82 % V | פחמן המוחזק ב-0.20% או מתחת למסלולי ייצור פלדה- מבוססי מימן | פלדה נקייה ומטלורגיה מופחתת |
| FeV גופרית נמוכה | לפי ציון בסיס | גופרית המוחזקת ב-0.05% או מתחת | הזנת זרז וסגסוגת מיוחדת |
בקרת האיכות עוקבת אחר שיטת הציונים ולא התיאור השיווקי. כל מנה נדגמת, מנותחת בספקטרומטריה עבור מערך היסודות המלא, ומשוחררת כנגד תעודת ניתוח המציגה את תכולת הוונדיום בפועל והשאריות. מכיוון ונדיום הוא אלמנט בעל ערך- גבוה, משמעת השקילה והדגימה חשובה לא פחות מהניתוח עצמו: הרבה טוב רק כמו המדגם שמייצג אותו. ניהול סביבתי מוסמך, בצורה של ISO 14001, ושחזור-סגור של אבק תהליכים וסיגים הם כעת ציפיות סטנדרטיות כאשר פרויקט חשמל או סוללה בודק את הספקים שלו.
שאלות נפוצות
ש: למה משמש ferrovandium?
זוהי הסגסוגת הראשית שמוסיפה ונדיום לפלדה ולמערכות סגסוגת, והיא גם המסלול המתכתי שבו מיוצרות יחידות ונדיום ונסחרות להמרה לאלקטרוליט סוללה.
ש: מדוע סוללות זרימה משתמשות בוונדיום במקום בשני חומרים שונים?
מכיוון ששני מיכלי האלקטרוליטים מכילים את אותו יסוד במצבי חמצון שונים, זיהום צולב- אינו מרעיל את המערכת לצמיתות, כך שניתן לשחזר את הקיבולת על ידי איזון מחדש במקום על ידי החלפת האלקטרוליט.
ש: כמה זמן מחזיקות סוללות זרימת ונדיום חיזור?
מדווחים כי מתקנים מסחריים עולים על 15,000 מחזורי טעינה ופריקה עם אובדן קיבולת מוגבל, מה שמתאים לרכיבה על אופניים עמוקה יומיומית לאורך חיי פרויקט של שנים רבות.
ש: איזו דרגת פרובנדיום משמשת ליישומי אנרגיה-וטמפרטורות גבוהות?
FeV 80, שצוין ב-78 עד 82 אחוז ונדיום, מועדף כאשר תכולת הונדיום הגבוהה ביותר לטון חשובה, עם גרסאות אלומיניום-מבוקרות ונמוכות-פחמן עבור סגסוגות רגישות.
ש: כיצד ונדיום עוזר ליציבות הרשת?
אחסון סופג עודפי ייצור מתחדש ומחזיר אותו בזמן שיא הביקוש, בעוד פלדות נושאות ונדיום- מעלות את החוזק ועמידותם בפני קורוזיה של רכיבי ההילוכים והשנאים.
ש: האם נעשה שימוש בונדיום באחסון מימן?
כֵּן. סגסוגות מבוססות-וונדיום הן משפחה מבוססת של חומרי אחסון מימן מוצק- הסופגים מימן בתנאי הסביבה וניתן לכוון אותם באמצעות עיצוב סגסוגת.
ש: מה צריך מפרט למצב ferrovandium?
יש לציין את הדרגה הנומינלית, טווח הוונדיום המקובל, המקסימום לאלומיניום, פחמן, גופרית וזרחן, חלק הגודל והאריזה, כך שניתן יהיה לבדוק את תעודת הניתוח מול ההזמנה.
