钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery,缩写为VRB),是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。

1.钒电池的工作原理

全钒液流储能电池,是可以作为大容量储能电站的电池,其工作原理如下:全钒液流电池是将具有不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质,分别储存在各自的电解液储罐中。在对电池进行充、放电实验时,电解液通过泵的作用,由外部贮液罐分别循环流经电池的正极室和负极室,并在电极表面发生氧化和还原反应,实现对电池的充放电。

钒电池的工作原理

2.钒电池的优缺点

1、钒电池的优点:

(1)功率大:通过增加单片电池的数量和电极面积,即可增加钒电池的功率,美国商业化示范运行的钒电池的功率已达6兆瓦。

(2)容量大:通过任意增加电解液的体积,即可任意增加钒电池的电量,可达吉瓦时以上;通过提高电解液的浓度,即可成倍增加钒电池的电量。

(3)效率高:由于钒电池的电极催化活性高,且正、负极活性物质分别存储在正、负极电解液储槽中,避免了正、负极活性物质的自放电消耗,钒电池的充放电能量转换效率高达75%以上,远高于铅酸电池的45%。

(4)寿命长:由于钒电池的正、负极活性物质只分别存在于正、负极电解液中,充放电时无其它电池常有的物相变化,可深度放电而不损伤电池,电池使用寿命长。加拿大VRBPowerSystems商业化示范运行时间最长的钒电池模块已正常运行超过9年,充放循环寿命超过18000次,远远高于固定型铅酸电池的1000次。

(5)响应速度快:钒电池堆里充满电解液可在瞬间启动,在运行过程中充放电状态切换只需要0.02秒,响应速度1毫秒。

2、钒电池的缺点:

(1)钒电池存在的技术问题主要有两个,第一,钒电池正极液中的五价钒在静置或温度高于45摄氏度的情况下易析出五氧化二钒沉淀,析出的沉淀堵塞流道,包覆碳毡纤维,恶化电堆性能,直至电堆报废,而电堆在长时间运行过程中电解液温度很容易超过45摄氏度。第二,石墨极板要被正极液刻蚀,如果用户操作得当,石墨板能使用两年,如果用户操作不当,一次充电就能让石墨板完全刻蚀,电堆只能报废。在正常使用情况下,每隔两个月就要由专业人士进行一次维护,这种高频次的维护费钱、费力。

(2)另外,钒电池成本过高。以一个五千瓦电池为例,电解液(一立方,1.8mol/L)17万、控制系统10万、隔膜7万、板框4万、石墨板1.5万、泵0.7万、碳毡0.4万,总共40.6万,这只是主要材料成本,没计入次要材料成本和人力成本。因此,一个五千瓦钒电池的成本在四十万以上,高出相同规格铅酸电池的成本数倍。

(3)从环保的角度来说,钒电池压根就不环保,配制电解液用到的原料、正极沉淀以及泄漏的正极液经风干后形成的薄层都有一样相同东西,那就是五氧化二钒,它是一种剧毒化学品。

钒电池的优缺点

3.钒电池的应用领域

未来,钒电池将引导世界纯电动汽车的电池潮流。日前,钒电池已经列入国家"863计划"备选项目,中德"波恩项目"新能源汽车项目已于2011年4月份在海南岛奠基,投资上百亿,而钒电池就属于重点之一。

目前关于钒电池,政府层面与产业界以及学术界都有共识,均认为钒电池在中国具备发展前景。首先,中国钒矿资源丰富,拥有核心技术,通过跨国整合,目前中国公司已掌握了世界的钒电池关键技术,钒电池的特点也适合中国电网的需求,如寿命长、可重复放电、可靠性高,完全能满足中国建设智能电网的需求。

据了解,在日本用于电站调峰和风力储能的钒电池发展迅速,大功率的钒电池储能系统已投入使用,并全力推进其商业化进程。但在我国,钒电池产业还处于起步阶段。针对国内在钒电池领域的萌芽状况,中策资本集团凭借在矿产能源领域的广泛投资,目前在徐州、南阳等地建立了钒电池原材料(行情 专区)生产基地,并在国内最大的风力发电基地甘肃玉门建立了风、光、电储一体化的国家级示范基地。此外,该集团通过股权纽带引进了日本、韩国钒电池新技术,再进行吸收、消化和创新,组建了中日韩工程技术联合研发中心,并在全球多个国家申请了专利。

钒电池的应用领域