全釩液流電池介紹

中國鐵合金網(wǎng)訊：(一)釩電池的技術(shù)原理

全釩液流電池，簡稱釩電池（Vanadium FlowBattery，縮寫為VFB），是活性物質(zhì)為循環(huán)流動液態(tài)的二次電池技術(shù)，通過釩離子的價態(tài)變化，實現(xiàn)化學(xué)能與電能的往復(fù)轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)電能存儲與釋放的一種儲能技術(shù)。該技術(shù)的研發(fā)始于上世紀(jì)80年代澳大利亞新南威爾士大學(xué)，在澳大利亞、日本、美國、德國、中國等國家都有應(yīng)用驗證，用于風(fēng)能系統(tǒng)蓄電、電站調(diào)峰、微電網(wǎng)儲能等。釩電池是目前受關(guān)注也是應(yīng)用比例最廣的液流電池技術(shù)。

液流電池系統(tǒng)主要包含如下幾部分：電堆單元（見圖中央和右上角），電堆是由正負(fù)電極和離子傳導(dǎo)膜疊合而成單電池的集合體；電解液單元（見圖兩側(cè)），包括含有活性物質(zhì)的電解液，及用于電解液盛裝和循環(huán)的儲罐、管路、閥、泵、傳感器等輔助部件；控制系統(tǒng)，包括用于管理整個系統(tǒng)的電池管理系統(tǒng)（見圖上方）、功率變化單元等。

釩電池將不同價態(tài)的釩離子溶液作為正負(fù)極的活性物質(zhì)，分別儲存在電解液儲罐中，用泵將儲存在罐中的電解液打入電堆內(nèi)，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用離子傳導(dǎo)膜作為電池隔膜，電解液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙極板收集和傳導(dǎo)電流，實現(xiàn)電解液化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)換。

(二)釩電池的技術(shù)優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

釩電池是適用于電力系統(tǒng)的固定式大容量儲能系統(tǒng)。與其他儲能技術(shù)相比，釩電池具有以下主要特點:

●安全性高，電池的儲能活性物質(zhì)為含有釩離子的稀硫酸水溶液，常溫常壓運行，經(jīng)過長時間運行，即使正負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生互混，也不會發(fā)生爆炸和燃燒。運行中，電解液在電堆和電解液儲罐之間循環(huán)流動，電堆產(chǎn)生的熱量可以有效的排出，熱管理簡單。單體電池間一致性好。全球安裝的系統(tǒng)迄今為止無一發(fā)生火災(zāi)。

●循環(huán)壽命長，電池均一性好，可深度放電。由于電能儲存在電解液里面而非電極上，理論上可以無限次充放電。一定時間運行后的容量衰退可以在線或離線恢復(fù)。

● 生命周期的性價比高， 約占整個成本30%~50%（根據(jù)儲能時長不同）的電解液可循環(huán)使用。

●充放電特性良好，響應(yīng)速度快，能量效率80%，可深度放電，另外釩離子的電化學(xué)可逆性高，電化學(xué)極化也小，適合大電流快速充放電，充放電切換只需0.02秒。

●功率和容量可獨立設(shè)計，功率和容量分別由電堆和電解液的數(shù)量決定，使得設(shè)計更加靈活，儲能容量為數(shù)百千瓦時至數(shù)百兆瓦時，輸出功率為數(shù)百千瓦至數(shù)百兆瓦，尤其適合大規(guī)模儲能。

●生命周期中環(huán)境友好，電解液可循環(huán)使用和再生利用，釩資源以及其他材料來源豐富，加工技術(shù)成熟，易于回收利用。該技術(shù)是釩資源綜合利用的重要方向。

全釩液流電池需要繼續(xù)改進和解決的問題包括:

●離子傳導(dǎo)膜可影響正、負(fù)極電解液釩離子相互滲透率，影響液體電池的效率和壽命，且目前商業(yè)化的離子膜價格昂貴，亟需開發(fā)具有高選擇性、高導(dǎo)電性、低成本的傳導(dǎo)膜，實現(xiàn)國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn)；

● 電解液成本所占比例高， 約占總成本的30%~50%，需開發(fā)低成本電解液技術(shù)；

●受釩離子溶解度的限制，能量密度偏低，大概與鉛酸電池相當(dāng)，體積較大，目前還不適用于動力電池。

●電池系統(tǒng)需要配置大量輔助部件，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，頻繁啟動停止的性能和運行可靠性有待改善。

●系統(tǒng)運行溫度窗口相對較窄，在一定程度上影響儲能系統(tǒng)效率。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。