全钒氧化还原液流电池
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全钒氧化还原液流电池
Vanadium Redox Battery
百度文库
工作原理
优点
缺点
发展应用
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工作原理
钒电池将存储在电解液中的能量转换为电能，这 是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离 子之间交换电子来实现的。电解液是由硫酸和钒 混合而成的，酸性和传统的铅酸电池一样。由于 这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既可以 充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子浓 度的变化，电能和化学能能相互转换。 VRB电池 由两个电解液池和一层层的电池单元组成。电解 液池用于盛两种不同的电解液。每个电池单元由 两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集 电流的电极。两个不同的“半单元”中盛放着不 同离子形态的钒的电解液。每个电解液池配有一 个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元” 输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单 元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放 电过程。当从外部将电子输送到电池内部时，相 反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解 液充电，然后再由泵输送回电解液池。
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优点
1、电堆作为发生反应的场所与存放电解液的储罐分开，从根本上克服了传统电池的自放电现象。功 率只取决于电堆大小，容量只取决于电解液储量和浓度，设计非常灵活；当功率一定时，要增加储能 容量，只需要增大电解液储罐容积或提高电解液体积或浓度即可，而不需改变电堆大小；可通过更换 或添加充电状态的电解液实现“瞬间充电”的目的。可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站，适应性 很强。 2、充、放电性能好，可以进行大功率的充电和放电，也可以允许浮充和深度放电。对铅酸蓄电 池来说，放电电流越大，电池的寿命越短；放电深度越深，电池的寿命也越短。而钒电池放电深度即 使达到100%，也不会对电池造成影响。而且钒电池不易发生短路，这就避免了因短路而引起的爆炸 等安全问题。 3、可充放电次数极大，理论上寿命是无数次。充放电时间比为1：1，而铅酸电池是4：1。而且 钒电池充、放切换响应速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供电。 4、能量效率高，直流对直流能量效率可以达到80%以上，而铅酸电池只有60%左右。钒电池组中 的各个单位电池状态基本一致，维护简单方便。 5、选址自由度大，占地少，系统可全自动封闭运行，不会产生酸雾，没有酸腐蚀。电解液可反 复利用，无排放，维护简单，操作成本低。是一种绿色环保储能技术。因此对于可再生能源发电，钒 电池是铅酸电池理想的替代品。
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缺点
五氧化二钒有剧毒； 钒液流电池是可以用在储能设备上，但并不是最佳性价比的选择，在国内还是试用和开发阶段，可以 用在风能还光伏发电的储能上。而这种储能设备和作为动力电池用在小轿车能量密度太低； 钒电池正极液中的五价钒离子在温度高于45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度； 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。 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。
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大连融科储能负责的某 全钒液流电池项目，白 色圆柱体为储能罐，中 间一排排接管理的方块 为电堆
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Thanks For Listening
国内发展
前期工作：我单位从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的钒 电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料 成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。1998年，500w的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已 研制出800W的产品样机。 近年来，风力发电在中国发展得十分迅猛。截至2012年底，风电累计装机容量达到7532.4万千瓦；但 是，由于风能等可再生能源具有不连续、不稳定的非稳态特性，大规模并网后对电网调峰、调频及电能 质量均会带来不利影响。因此，随着风电装机容量占电网电力比例的提高，弃风限电现象也频频出现。 全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程通过了辽宁电力(行情 专区)勘测设计 院的验收，目前已经全面投入运行。
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发展应用
国外发展
早在60年代，就有铁—铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚 新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电 站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入 实用，并全力推进其商业化进程。
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工作原理
钒电池将存储在电解液中的能量转换为电能，这 是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离 子之间交换电子来实现的。电解液是由硫酸和钒 混合而成的，酸性和传统的铅酸电池一样。由于 这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既可以 充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子浓 度的变化，电能和化学能能相互转换。 VRB电池 由两个电解液池和一层层的电池单元组成。电解 液池用于盛两种不同的电解液。每个电池单元由 两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集 电流的电极。两个不同的“半单元”中盛放着不 同离子形态的钒的电解液。每个电解液池配有一 个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元” 输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单 元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放 电过程。当从外部将电子输送到电池内部时，相 反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解 液充电，然后再由泵输送回电解液池。
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优点
1、电堆作为发生反应的场所与存放电解液的储罐分开，从根本上克服了传统电池的自放电现象。功 率只取决于电堆大小，容量只取决于电解液储量和浓度，设计非常灵活；当功率一定时，要增加储能 容量，只需要增大电解液储罐容积或提高电解液体积或浓度即可，而不需改变电堆大小；可通过更换 或添加充电状态的电解液实现“瞬间充电”的目的。可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站，适应性 很强。 2、充、放电性能好，可以进行大功率的充电和放电，也可以允许浮充和深度放电。对铅酸蓄电 池来说，放电电流越大，电池的寿命越短；放电深度越深，电池的寿命也越短。而钒电池放电深度即 使达到100%，也不会对电池造成影响。而且钒电池不易发生短路，这就避免了因短路而引起的爆炸 等安全问题。 3、可充放电次数极大，理论上寿命是无数次。充放电时间比为1：1，而铅酸电池是4：1。而且 钒电池充、放切换响应速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供电。 4、能量效率高，直流对直流能量效率可以达到80%以上，而铅酸电池只有60%左右。钒电池组中 的各个单位电池状态基本一致，维护简单方便。 5、选址自由度大，占地少，系统可全自动封闭运行，不会产生酸雾，没有酸腐蚀。电解液可反 复利用，无排放，维护简单，操作成本低。是一种绿色环保储能技术。因此对于可再生能源发电，钒 电池是铅酸电池理想的替代品。
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缺点
五氧化二钒有剧毒； 钒液流电池是可以用在储能设备上，但并不是最佳性价比的选择，在国内还是试用和开发阶段，可以 用在风能还光伏发电的储能上。而这种储能设备和作为动力电池用在小轿车能量密度太低； 钒电池正极液中的五价钒离子在温度高于45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度； 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。 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。
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大连融科储能负责的某 全钒液流电池项目，白 色圆柱体为储能罐，中 间一排排接管理的方块 为电堆
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国内发展
前期工作：我单位从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的钒 电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料 成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。1998年，500w的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已 研制出800W的产品样机。 近年来，风力发电在中国发展得十分迅猛。截至2012年底，风电累计装机容量达到7532.4万千瓦；但 是，由于风能等可再生能源具有不连续、不稳定的非稳态特性，大规模并网后对电网调峰、调频及电能 质量均会带来不利影响。因此，随着风电装机容量占电网电力比例的提高，弃风限电现象也频频出现。 全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程通过了辽宁电力(行情 专区)勘测设计 院的验收，目前已经全面投入运行。
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发展应用
国外发展
早在60年代，就有铁—铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚 新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电 站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入 实用，并全力推进其商业化进程。