全钒液流电池及其三个组件ppt课件
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全钒液流电池ppt
04
全钒液流电池的环境影响与安全问题
全钒液流电池对环境的影响及处理方式
全钒液流电池在生产、使用和报废过程中，对环境产生一定的影响，包括重金属 污染、水资源消耗和能源消耗等。
全钒液流电池制造过程中，需要使用多种化学物质，如硫酸、氢氧化钠、硫酸铵 等，这些物质可能ห้องสมุดไป่ตู้环境造成一定影响。同时，报废后的电池中含有大量重金属 ，如钒、锰等，需要进行妥善处理，避免对环境和人体健康造成危害。
建立健全全钒液流电池的产业链和标准体系，促 进其产业化和规模化发展。
鼓励多学科交叉融合，推动全钒液流电池与其他 储能技术的联合研究和应用，为能源的高效利用 和可持续发展提供更多可能性。
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全钒液流电池ppt
xx年xx月xx日
目录
• 简介 • 钒电池的制造与材料 • 全钒液流电池的性能比较 • 全钒液流电池的环境影响与安全问题 • 全钒液流电池的市场分析与发展趋势 • 结论与展望
01
简介
全钒液流电池的定义与工作原理
全钒液流电池是一种可充电的储能系统，它通过钒离子在正 负极溶液中的迁移来实现电能的储存和释放。
高能量密度
全钒液流电池的能量密度是铅酸电池的3倍以上 。
长寿命
全钒液流电池的寿命可达15年以上，是铅酸电池 的3倍以上。
全钒液流电池的未来发展趋势
降低成本
随着技术的不断发展，全钒液流电池的成本将进一步降低，使其更具竞争力。
扩大应用范围
全钒液流电池可以应用于更多的领域，如智能电网、电动汽车等，为其提供更加 可持续的能源解决方案。
全钒液流电池的制造主要包括电池堆、电解液制 备和系统集成三个核心环节。
电解液制备
全钒氧化还原液流电池
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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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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。
全钒氧化还原液流电池
Vanadium Redox Battery
工作原理
优点
பைடு நூலகம்
缺点
发展应用
全钒液流电池基础知识ppt
将膜、电极和集流体按照一定的顺序组装， 将不同种类的电极交替排列，并在电极之间 加入隔膜，组成电池堆。
注入钒电解液
封装电池堆
将纯净的钒电解液注入电池堆中，使其与电 极和隔膜接触。
将电池堆封装在密封的容器中，并加入电解 质和密封剂，确保电池的正常运行。
关键备介绍
电解液储存罐
用于储存五氧化二钒电解液，通常 采用高分子材料制成，具有耐腐蚀 性和密封性。
产业应用拓展
01
电力储能领域
全钒液流电池作为一种电力储能技术，未来将在电力系统中发挥越来
越重要的作用，提高电力系统的稳定性和可靠性。
02
智能电网领域
全钒液流电池技术可以作为智能电网中的储能单元，实现电力调峰和
需求侧管理，提高电力系统的效率和经济性。
03
分布式能源领域
全钒液流电池技术可以应用于分布式能源系统中，为分布式能源系统
放电过程
电极反应
在放电过程中，正负极电解质中的正负离子被还 原氧化为低能量状态，同时释放出电能。
能量释放
全钒液流电池通过放电将储存的化学能转化为电 能释放出来。
水泵作用
为了维持正负极电解质溶液的循环，需要使用水 泵将正负极电解质溶液泵出电池。
能量转化与储存
高效能量转化
全钒液流电池具有较高的能量 转化效率，能够将化学能高效
地转化为电能。
储存容量大
全钒液流电池具有较大的储存容 量，能够储存大量的化学能。
可逆反应
全钒液流电池在充电和放电过程中 发生的反应是可逆的，可以反复充 放电而不影响电池寿命。
04
全钒液流电池的制造与维护
制造流程
制备钒电解液
制造电池堆
将五氧化二钒、氢氧化钠和去离子水按照一 定比例混合，经过净化和除杂处理，得到纯 净的钒电解液。
全钒液流电池及其三个组件ppt课件
.
料隔 膜 材
含氟离子膜 非氟离子膜
多孔隔膜
.
全氟硫磺质子交换膜 偏氟乙烯接枝膜 全氟乙烯接枝膜 聚芳醚类聚合物膜
其他材料
五、电解液的制备
法制 备 方
物理溶解法 化学还原法
直接将高纯VOSO4固体溶于 H2SO4制备电解液。此法工艺复 杂，价格昂贵，难以大规模生产 。
利用还原剂和高价的钒氧化物或 钒酸盐发生氧化还原反应来制备 电解液。操作简单，反应速率快 ，但反应不完全，导致容量密度 和能力密度有所下降。
全钒液流电池
.
一、引言
物理储能
术储 能 技
超导储能
化学储能
.
飞轮储能
建造受地域条件限制大,能量在储存和
释放过程扬中水损耗储严能重,效率较低,并一次
性投入费用高
压缩空气储能
超放导电时磁间铁短储、能技术昂贵
深度放电的循环寿命短,比能
铅量低酸，电在池生产和回收过程中
会带来很大的环境污染
需纳在硫高电温池下运行,存在较大的
Charge
VO2++H2O+V3+
VO2++2H++V2+
Discharge
.
三、电极材料
电极材料，是全钒液流电池的不可或缺的部分
，是活性物质发生电化学反应的场所，其本身
并不参与反应。由于电解液具有强酸性和强氧
化性，电极材料必须具备良好的电化学催化活
性和导电性以及优良的抗强氧化性、抗腐蚀性
和
பைடு நூலகம்
机械强度。目前，电极材料主要
安全隐患
价二格次昂电贵池和（髙锂温离稳定子性电差池,适 用、于镍小氢型电便池携）式电池
料隔 膜 材
含氟离子膜 非氟离子膜
多孔隔膜
.
全氟硫磺质子交换膜 偏氟乙烯接枝膜 全氟乙烯接枝膜 聚芳醚类聚合物膜
其他材料
五、电解液的制备
法制 备 方
物理溶解法 化学还原法
直接将高纯VOSO4固体溶于 H2SO4制备电解液。此法工艺复 杂，价格昂贵，难以大规模生产 。
利用还原剂和高价的钒氧化物或 钒酸盐发生氧化还原反应来制备 电解液。操作简单，反应速率快 ，但反应不完全，导致容量密度 和能力密度有所下降。
全钒液流电池
.
一、引言
物理储能
术储 能 技
超导储能
化学储能
.
飞轮储能
建造受地域条件限制大,能量在储存和
释放过程扬中水损耗储严能重,效率较低,并一次
性投入费用高
压缩空气储能
超放导电时磁间铁短储、能技术昂贵
深度放电的循环寿命短,比能
铅量低酸，电在池生产和回收过程中
会带来很大的环境污染
需纳在硫高电温池下运行,存在较大的
Charge
VO2++H2O+V3+
VO2++2H++V2+
Discharge
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三、电极材料
电极材料，是全钒液流电池的不可或缺的部分
，是活性物质发生电化学反应的场所，其本身
并不参与反应。由于电解液具有强酸性和强氧
化性，电极材料必须具备良好的电化学催化活
性和导电性以及优良的抗强氧化性、抗腐蚀性
和
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机械强度。目前，电极材料主要
安全隐患
价二格次昂电贵池和（髙锂温离稳定子性电差池,适 用、于镍小氢型电便池携）式电池
全钒液流电池基础知识 ppt课件
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全钒液流电池 发展现状
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全钒液流电池 发展现状 1KW全钒液流电池详细参数
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全钒液流电池 发展现状
目前世界上比较知名的全钒液流电池生产公司主要有加拿大的VRB Power Systems公司，以下是其建立的商用全钒液流电池系统。
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全钒液流电池 发展现状 还有日本住友电工（SEI）公司，其建立的商用全钒液流电池系统如下：
全钒液流电池
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Hale Waihona Puke 1我国能源背景能源，是与国民经济可持续发展和国家安全紧密相 关的重大话题。当前，摆在我们面前的现实矛盾是一直 依赖的化石能源日益枯竭，且传统能源利用方式引起的 环境恶化日趋严重。一个典型的例子是近年来雾霾天气 在我国出现得日益频繁，已经严重影响了国民健康，这 也使得人们对清洁能源的需求更为迫切。因此，节约化 石能源、提高化石能源利用效率、实现节能减排以及研 究开发和大规模可再生能源，实现能源多样化成为世界 各国能源发展战略的共识。
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全钒液流电池 工作原理
钒属于ⅤB 族元素，化学性质活跃，呈现多种价态。VRB就是以钒离子的不同 价态的溶液为电解液，使其在正负极板上发生可逆反应，得以顺利完成充电、放 电和再充电过程。正极电解液由V5+和V4+离子溶液组成，负极电解液由V3+和V2+ 离子溶液组成，电池充电后，正极物质为V5+离子溶液，负极为V2+离子溶液，电 池放电后，正、负极分别为V4+和V3+离子溶液，电池内部通过H+导电。V5+和V4+ 离子在酸性溶液中分别以VO2+离子和VO2+离子形式存在。
全钒液流电池基础知识ppt
更高效、安全和智能的能源储存和利用。
全钒液流电池市场发展挑战
成本与价格
全钒液流电池的制造成本较高，价格相对较高，对于大规模应用 存在一定的挑战。
市场认知度
全钒液流电池作为一种新型的能源储存技术，其市场认知度和接 受度有待提高。
充电设施建设
全钒液流电池的充电设施建设相对滞后，需要加强充电设施的布 局和建设。
04
全钒液流电池应用场景及市场前景
全钒液流电池在电力储能领域的应用及市场前景
总结词
全钒液流电池在电力储能领域具有广泛的应用前景，市场需 求持续增长。
详细描述
全钒液流电池是一种高效、可靠的电力储能技术，适用于大 规模储能电站、分布式能源系统、数据中心等场景。随着新 能源产业的快速发展，全钒液流电池在电力储能领域的应用 前景广阔。
02
全钒液流电池系统组成
电解液系统
作用
提供反应物质，收集和运输电 荷
组成
全钒氧化还原液流电池的电解 液由不同价态的钒离子溶液组 成，如V2O5、VO2+、VO22+
等
特点
具有高能量密度、长寿命、快 速充电等优点
极板系统
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作用
提供电化学反应界面，集 流和传递电荷
组成
阳极板和阴极板，阳极板 为石墨材料，阴极板为钛 基材料
组成
由传感器、控制器和执行器等组成，可实现电池的实时监控、调节和
控制
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特点
具有高精度和高效率，能够实现电池的优化管理和保护
03
全钒液流电池关键技术
电解液制备技术
总结词
全钒液流电池的电解液是其核心技术之一 ，制备过程需严格控制化学成分和浓度， 以确保电池的稳定性和性能。
全钒液流电池 PPT课件
电池系统组装设计灵活，易于模块组合
活性物质以液体状态贮存于 电堆外的储液罐中， 电池容量取决于外部活 性物质浓度和容量多少； 功率输出和能量储存是相互 独立的。
充/放电可通过 简单增加电解液
体积来实现
钒液流电池具有的特征 电池系统易于维护，安全稳定
电池的反应不存在固相 反应，容易保证电堆的 一致性和均匀性
钒液流电池应用领域
电源调峰 不间断电源 应急电源系统
边缘地区储能系统
风能发电系统
大规摸的光电 转换系统
全钒液流电池应用领域示意图
钒液流电池应用领域
钒液流电池的应用对我们国家边缘地区的电力扶贫以 及基本建设有着举足轻重的意义：
位于内蒙古、新疆、 西藏、青海、甘肃等 中西部地区的散居农 牧民由于远离电网和 居住分散，难以通过 延伸电网供电。
• 电解法采取隔膜电解法以及通过电解V2O3和NH4 VO3两种方 法。
• 钒电池电解液通常硫酸浓度为1.5～5mol·L-1，钒离子的浓度 从1~2.5mol·L-1
充电结束时，正极为淡黄色的V5+，负极为紫色的V2+，放电完成时，正极 为正极为蓝色的V4+，负极为浅绿的V3+所以可以通常利用电解液的颜色 判断充放电状态，在充放电过程中，负极需要密封，防止氧化
4.钒电池的材料
• 钒电池所用的材料包括集流体、膜材料和电解液等。 • （1）双极板 双极板主要选用石墨板和导电塑料。 • ①石墨板 石墨板具有导电性好和大电流充放电等优点，但
是缺点很明显：石墨板易刻蚀，尤其在过充的条件下，容易 被电化学腐蚀；如果严重时被电化学腐蚀穿透，导致钒电池 正、负极电解液串液，这将影响钒电池的使用寿命；石墨板 价格贵、脆性大等。这些缺点严重影响了石墨板在钒电池中 的应用。 • ②导电塑料 导电塑料具有密度小、易加工成型、成本低和 适合大规模连续生产等特点，因此导电塑料集流体是未来研 究发展的热点。常用的膜材料有Daramic膜、Nafion膜和 Selemion AMV等。 • 双极板，一方面起到导电的作用，也就是把相邻的正极和负 极连接起来（这时候功能就像导线一样）；另一方面起到分 隔正负极电解液的作用。
全钒液流储能电池VRB
全钒液流储能电池VRB全钒液流电池（vanadium redox batty,简称VRB）是一种新型清洁能源存储装置，其研究始于20世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学。
在美国、日本、澳大利亚等国家有应用验证，鉴于钒电池具有功率大、寿命长、可靠性高、操作和维修费用少、支持频繁大电流充放电等明显技术优势。
被认为是太阳能、风能发电装置配套储能设备、电动汽车供电、应急电源系统、电站储能调峰、再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统等领域的优先选择。
一、工作原理全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置，将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，通过外接泵把电解液泵入电池堆体内，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用离子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，使储存在溶液中的化学能转换成电能。
这个可逆的反应过程使钒电池可顺利完成充电、放电和再充电。
钒电池的工作原理请见下图。
二、钒电池技术钒电池技术中主要包括：电堆技术、电解液技术、系统集成技术1).电堆技术(1).膜膜可以说是钒电池核心中的核心，它基本决定了钒电池的寿命、效率。
钒电池使用的膜，并不限制一定使用某种膜，关键是使用的膜一是耐腐蚀，就是寿命；二是离子交换能力要足够好，就是电池效率；三是一致性要好。
(2).电极材料目前钒电池的电极材料主要有石墨毡和碳毡两类。
石墨毡烧制温度高、石墨化程度高；碳毡烧制温度低一些、石墨化程度相对低。
两者导电性能不同，价格不同。
具体使用何种电极材料取决于钒电池电堆的设计。
好的电极材料可提高钒电池的电流密度，而且对双极板的抗腐蚀有一定的保护作用。
这里的技术含量不算高，但各家需根据自己的钒电池堆的设计寻找和测试不同厂家的产品，需要一定的时间。
(3).双极板双极板材料的要求很综合：耐腐蚀、面积、韧性、强度、导电性、价格。
全钒液流电池ppt
关键制造工艺
包括电极制备、电堆组装、电池 测试与验证等，其中电极制备是 关键中的关键。
工艺难点与改进
在电极制备过程中，如何保持电 极的稳定性、提高活性物质利用 率是难点，可通过优化制备工艺 和选用高性能材料进行改进。
主要原材料及供应商
钒原料
全钒液流电池的主要原材料是 钒，包括五氧化二钒（V2O5 ）和硫酸钒（VOSO4）等。
全钒液流电池ppt
xx年xx月xx日
目 录
• 全钒液流电池简介 • 全钒液流电池的应用场景 • 全钒液流电池的技术优势与挑战 • 全钒液流电池的制造与产业链 • 全钒液流电池的市场分析 • 全钒液流电池的案例分析 • 全钒液流电池的发展前景与趋势
01
全钒液流电池简介
定义与特点
定义
全钒液流电池是一种以钒为活性物质，利用液流储能技术的 新型电池。
下游企业
包括电力公司、储能运营商等，他 们使用全钒液流电池进行电力储存 和调峰调频等应用。
合作模式
上下游企业之间通常采用长期合作 、战略联盟等模式，以实现资源共 享、优势互补和共同发展。
05
全钒液流电池的市
目前，全钒液流电池的全球市场 规模已经达到了数十亿美元，预 计未来几年将持续增长。
降本增效
通过技术创新和规模化生产，全钒液流电池的成本不断降低，同时提高了能量利用效率和充电效率。
国际竞争及合作机会
国际竞争
全钒液流电池领域吸引了众多企业参与竞争，国内企业需要不断提高自身竞争力 ，抢占市场先机。
国际合作
通过与国际企业合作，可以共同研发新技术、优化产业链、降低成本等，实现互 利共赢。
高安全性
长寿命
全钒液流电池的电解质是流动的，可以有效 地降低电池过热和燃烧的风险，提高了电池 的安全性。
全钒液流电池简介介绍
发展趋势与研究方向
材料优化
针对关键材料进行优化选择和改进，提高材料的性能和稳 定性，降低成本。
浓度梯度问题解决
通过优化电池结构和操作条件，解决钒离子浓度梯度问题 。
提高能量密度和效率
研究新型电极材料和电解液配方，提高电池的能量密度和 充放电效率。
增强寿命和安全性
开展电池老化机制和安全性能研究，提高电池的循环寿命 和安全性。同时，加强电池回收和再利用技术研究，降低 环境影响。
提升能量密度
全钒液流电池的能量密度较低，是制约其应用的一大因素。未来，通过改进电池结构和材料，提高能量密度是全钒液 流电池的重要发展趋势。
降低成本
全钒液流电池的成本较高，限制了其大规模应用。未来，通过优化生产工艺和降低原材料成本，全钒液流电池有望实 现更低成本的储能解决方案。
提高稳定性
全钒液流电池在充放电过程中存在一些稳定性问题，如析氢、析氧等。未来，通过改进电池结构和材料 ，提高其充放电稳定性和循环寿命是重要的发展方向。
电解质的特点
03
全钒液流电池的电解质具有高导电性、高稳定性以及良好的化
学兼容性等特点。
隔膜
隔膜的作用
全钒液流电池中的隔膜主要起到隔离正负极电解 质，防止短路和防止电流倒流的作用。
隔膜的性能要求
隔膜需要具有高离子选择性、化学稳定性好、机 械强度高等特点。
隔膜的材质
全钒液流电池的隔膜一般采用聚合物材料，如聚 乙烯、聚丙烯等。
全钒液流电池简介介绍
汇报人： 日期:
目 录
• 全钒液流电池概述 • 全钒液流电池的构成与材料 • 全钒液流电池的制造与工艺流程 • 全钒液流电池的关键技术问题与发展趋势 • 全钒液流电池的市场与经济性分析 • 全钒液流电池的未来展望与前景分析
全钒液流电池及其三个组件学习资料
Charge
VO2++H2O+V3+
VO2++2H++V2+
Discharge
三、电极材料
电极材料，是全钒液流电池的不可或缺的部分
，是活性物质发生电化学反应的场所，其本身
并不参与反应。由于电解液具有强酸性和强氧
化性，电极材料必须具备良好的电化学催化活
性和导电性以及优良的抗强氧化性、抗腐蚀性
和
机械强度。目前，电极材料主要
全钒液流电池
一、引言
物理储 能
储
能
超导储
技
能
术
化学储 能
飞轮储 建造受地能域条件限制大,能量在储存和 释放过程扬中水损耗储严重,效率较低,并一次 性投入费能用高
压缩空气储能
超放导电时磁间铁短储、能技术昂贵
深度放电的循环寿命短,比能
铅量低酸，电在生产和回收过程中 池会带来很大的环境污染 需纳在硫高电温下运行,存在较大的 安池全隐患 价二格次昂电贵池和（髙锂温离稳定子性电差池, 适、用镍于氢小电型池便）携式电池 电制氧池；化容自还量放原不电液受程流电度电堆小大池；小寿的命限高
电解液。操作简单，反应速率快
方
，但反应不完全，导致容量密度
法
和能力密度有所下降。
电解法
在阴、阳极电解槽中分别加入V2O5与 H2SO4混合溶液和H2SO4溶液，然后通过 恒流装置通入直流电流，在电解槽中发生 还原、氧化反应。适合大规模生产。
图3 融科储能全钒液流电池系统 向辽宁电网送电成功
六、应用
V4+、 V5+
V2+、 V3+
图2 全钒液流电池的工作原理
全钒液流电池技术与发电侧储能应用探讨论坛讲座PPT
全钒液流电池技术与发电侧储能应用探讨
1. 储能技术对能源结构变革的影响
Smart grid
Reducing fossil energy consumption is becoming global tide.
Energy storage
EV cars
Renewable energ y
我国能源结构快速变化
From： 中国电力行业年度发展报告（2018），电力企业联合会编著
储能对电力生产过程的影响
储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智 慧 能源的重要组成部分和关键支撑技术。
储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应 支 撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性 的重 要手段；
Membrane
Concept for ion transport through membranes
Vanadium ion： VO2+·5H2O Radius：1nm
Proton： H+·3H2O Radius：0.135nm
Journal of Power Sources 195 (2010) 7709–7717
Tank
PUMP
PUMP
Membranepositive：V来自O22H
discharge e V O 2
H 2O
negative：
V 2 V3 e charge
E＝1.25～1.4V
2.1 全钒液流电池技术特点
规模大 寿命长 成本低 效率高 安全可靠
钒电池在安全与寿命方面具有突出优势
液流电池产业技术路线路线图
储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式 电 力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关 键技 术；
1. 储能技术对能源结构变革的影响
Smart grid
Reducing fossil energy consumption is becoming global tide.
Energy storage
EV cars
Renewable energ y
我国能源结构快速变化
From： 中国电力行业年度发展报告（2018），电力企业联合会编著
储能对电力生产过程的影响
储能是智能电网、可再生能源高占比能源系统、“互联网+”智 慧 能源的重要组成部分和关键支撑技术。
储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应 支 撑等多种服务，是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性 的重 要手段；
Membrane
Concept for ion transport through membranes
Vanadium ion： VO2+·5H2O Radius：1nm
Proton： H+·3H2O Radius：0.135nm
Journal of Power Sources 195 (2010) 7709–7717
Tank
PUMP
PUMP
Membranepositive：V来自O22H
discharge e V O 2
H 2O
negative：
V 2 V3 e charge
E＝1.25～1.4V
2.1 全钒液流电池技术特点
规模大 寿命长 成本低 效率高 安全可靠
钒电池在安全与寿命方面具有突出优势
液流电池产业技术路线路线图
储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平，支撑分布式 电 力及微网，是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关 键技 术；
全钒液流电池
全钒液流电池的关键材料
电 解 液
电解液是VRB 电化学反应的活性物质,是电能的载体,其性能 的好坏对电池性能有直接影响。理论上电解液可由VOSO4直接溶 解配制,但此法成本较高。实际可行的制备方法是基于V2O5 的 还原溶解,包括化学法和电解法。化学法产率低, 所加入的添加 剂完全去除困难. 随着VRB 技术的发展, 电解法已逐渐成为VRB 电解液制备的主要方法。
全钒液流电池的关键材料
电 极 材 料
电极是VRB 关键部件之一, 是电池电化学反应发生的场所。
VRB 对电极材料的要求是： 1、对电池正、负极电化学反应有较高的活性, 降低电极反应 的活化过电位； 2、优异的导电能力, 减少充放电过程中电池的欧姆极化； 3、较好的三维立体结构,便于电解液流动, 减少电池工作时 输送电解液的泵耗损失； 4、较高的化学及电化学稳定性, 延长电池的使用寿命。 到目前为止研究过的VRB 电极材料主要有金属类电 极、碳素类电极和复合类电极三类。我国Fra bibliotek能资源的开发和利用
液流电池作为新型的蓄电储能装置，不仅可以作为太阳 能、风能发电系统的配套储能设备，还可以作为电网的调 峰装置，提高输电质量，保障电网安全。利用化学电源进 行蓄电储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储 能，具有重大社会经济价值。
全钒液流电池的关键材料
三种电 极 材 料
金属类电极（Ti、Au和氧化铱DSA等）的电化学活 性一般，稳定性较好，但是价格昂贵，不适合大规模应用。 碳素类电极（石墨板和石墨毡等）价格较便宜，经 过表面修饰改性后具有一定的可逆性，但容易被电解液刻 蚀而逐渐失去活性，必须对电极进行表面处理，提高电化 学活性，延长电极寿命。 复合类电极是在导电塑料板的一面贴上集流板(金 属板)，另一面贴石墨毡构成的，具有导电性、不透液性 和稳定性好，制造成本低，重量轻，易于加工成型特点。
全钒液流电池概述(共8张PPT)
2.全钒液流电池的工作原理
钒是一种过渡元素,原子序数为23，位于元素周期表中d区 第四周期第V副族。 电池结构主要由电极、隔膜、集流
电池充放电时的反应式如下:
体和端板组成。石墨毡由于比表面积大、耐酸腐蚀和导 在离心泵机械传动下,储液罐中的电解液被压入电池堆体内,同时发生电化学反应,接着电解液又再次回到储液槽中,按照此种方式进行循环流动以完成化学能与电能的相互转换。
电池内部分成正极室和阴极室及通过质子的交换实现电池 电池充放电过程中,电解液通过栗的循环作用,流经石墨租电极,并在其表面进行电子交换反应,而后再流回储液罐。
钒是一种过渡元素,原子序数为3+得到电子变成V2+。
内部的导电;集流体采用耐腐烛和导电性较好的导电塑料 正极电对为V02+/V02+和负极电对为v2/v3+作为钒电池充放电时正负极电极反应的活性物质,其充电过程如下:正极上V4+失去电子变成V5+；
免了像铁铬液流电池那样的电解液交叉污染的现象。 同时充电状态连续可测。如有需要,当有外载的时候它 还可以用某种电压充电,而以另一种电压放电。
全钒液流电池概述
1.背景
氧化还原液流电池的活性物质存在于电解液中,电池容
量取决于电解液中活性物质的量,不受电堆大小的限制; 电解液分开储存,自放电程度小;可进行深度充放电而 不会对电池性能产生伤害;使用寿命长,能量效率高。 因此,液流电池在光伏发电、UPS电源、风力发电、交通
市政、电网调峰、通讯基站、军用蓄电及偏远山区供 电等方面存在巨大的应用前景。
E0=1. 负极： V3++e V2+ E0 = -0.
电性较好,一般用作电极材料;隔膜为质子交换膜,主要将 钒电池把能量储存在V(II)/V(III)硫酸溶液和V(IV)/V(V)硫酸溶液中。
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四、隔膜
隔膜在钒电池中的地位非常重要，一直制约着钒电 池的发展，它的功能是分离正负极电解液以防止电 池短路，同时允许电荷载体(H+，HSO4-等) 自由通 过保证正负两极电荷平衡而构成电池回路。
理想的电池隔膜应具有如下特点： （1）钒离子透过率低，交叉污染小，降低电池自 放电，提高能量效率。 （2）离子透过率高，膜电阻小，电压效率高。 （3）具有一定的机械强度，耐化学腐蚀、耐氧化 ，循环寿命较长，价格低。 （4）电池充放电时水透过量小，保持阳极、阴极 电解液的水平衡。
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其中负极溶液为V(Ⅱ) 和 V(Ⅲ)电解液，正极溶液为 V(Ⅳ)和V(Ⅴ) 电解液，并分开储存。电池结构主要由电极、隔膜、集流体和端板 组成。石墨毡由于比表面积大、耐酸腐蚀和导电性较好，一般用作 电极材料；隔膜为质子交换膜，主要将电池内部分成正极室和阴极 室及通过质子的交换实现电池内部的导电；集流体采用耐腐烛和导 电性较好的导电塑料板；端板采用聚氯乙烯板。电池充放电过程中 ，电解液通过泵的循环作用，流经石墨毡电极,并在其表面进行电 子交换反应，而后再流回储液罐。
分为金属电极、碳素电极和复合
电极三种。
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料电 极 材
金属电极
主要包括Au、Pt、 Pd、Ti、Pb等金 属，其优点是导电性好、抗腐蚀性强 、机械性强。缺点是易钝化、价格昂 贵、电化学可逆性差。
碳素电极
主要包括石墨、玻碳、石墨毡等
复合电极
是碳素材料与高分子基体相互混合 而制成，具有优良的电化学性能和 应用前景
电解法
在阴、阳极电解槽中分别加入V2O5与 H2SO4混合溶液和H2SO4溶液，然后通过 恒流装置通入直流电流，在电解槽中发生
还. 原、氧化反应。适合大规模生产。
图3 融科储能全钒液流电池系统 向辽宁电网送电成功
六、应用
全钒液流电池具有能量效率高、寿 命长、无污染、安全性高等优势， 因此，它有着广泛的用途：可用于 电网调峰、平衡负荷，在用电低峰 期大规模的将发电厂的大量富余电 能储存，在用电高峰期进行供电； 与光伏发电和风力发电系统联用， 可以大规模的储存太阳能和风能， 实现清洁能源的利用及并网发电； 作为不间断电源(Uninterruptible power storage, UPS)用于医院、 大楼、军事基地、和社区等地的紧 急用电；与可再生能源、柴油发电 机等相互结合为海岛或偏远地区进 行独立供电。
V4+、 V5+
V2+、 V3+
图2 全钒液流电池.的工作原理
正极 负极 总反应
表1 全钒液流电池的正负极反应
电极反应
标准电势差
Charge
VO2++H2O-e-
VO2++2H+
Discharge
Eθ=1.00V(vs.NHE)
Charge
V3++e-
V2+
Eθ=-0.26V(vs.NHE)
Discharge
1974年,Thaller提出了一个以Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)和
Cr(Ⅱ)/Cr(Ⅲ)为氧化还原电对的氧化还原液流电
池模型。此后,随着液流电池的发展,陆续出现了
Ti/Fe、Zn/Br、V/Br和Fe/Br等氧化还原液流电
池。其中Fe-Cr电池是研究的重点体系,研究结果
表明C：r(Ⅱ)/Cr(Ⅲ)的可逆性差,且
没有合适的隔膜解决Fe和Cr严重
相互污染的问题,难以实现商业化
。为此人们研究开发了单一金属
溶液为电解质的电池,如Cr系、
Co系、Ce系和V系。
但是结果表明以钒电解为
活性物质的液流电池具有明显的
优势。
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二、工作原理
钒是一种过渡元素,原子序数为23，位于元素周期 表中d区第四周期第V副族，价电子结构为3d34S2, 因而可以形成V(Ⅱ)、v(Ⅲ)、V(Ⅳ)和V(Ⅴ)四种价 态。钒液流电池正是利用V(Ⅱ)/V(Ⅲ)和 V(Ⅳ)/V(Ⅴ)两对氧化还原电对分别作为负极和正极 组成的二次充电电池。
安全隐患
价二格次昂电贵池和（髙锂温离稳定子性电差池,适 用、于镍小氢型电便池携）式电池
电池容量不受电堆大小的限
制氧；化自还放原电液程流度电小池；寿命高
；能量效率高
图1 各种储能技术的适用的储能容量和应用领域
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氧化还原电池的概念最早在1971年由日本Ashimura 和Miyake提出。1973年,美国国家航空宇航局(NASA) 的Lewis研究中心开始对氧化还原液流电池进行研究。
Charge
VO2++H2O+V3+
VO2++2H++V2+
Discharge
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三、电极材料
电极材料，是全钒液流电池的不可或缺的部分
，是活性物质发生电化学反应的场所，其本身
并不参与反应。由于电解液具有强酸性和强氧
化性，电极材料必须具备良好的电化学催化活
性和导电性以及优良的抗强氧化性、抗腐蚀性
和
机械强度。目前，电极材料主要
全钒液流电池
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一、引言
物理储能
术储 能 技
超导储能
化学储能
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飞轮储能
建造受地域条件限制大,能量在储存和
释放过程扬中水损耗储严能重,效率较低,并一次
性投入费用高
压缩空气储能
超放导电时磁间铁短储、能技术昂贵
深度放电的循环寿命短,比能
铅量低酸，电在池生产和回收过程中
会带来很大的环境污染
需纳在硫高电温池下运行,存在较大的
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料隔 膜 材
含氟离子膜 非氟离子膜
多孔隔膜
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全氟硫磺质子交换膜 偏氟乙烯接枝膜 全氟乙烯接枝膜 聚芳醚类聚合物膜
其他材料
五、电解液的制备
法制 备 方
物理溶解法 化学还原法
直接将高纯VOSO4固体溶于 H2SO4制备电解液。此法工艺复 杂，价格昂贵，难以大规模生产 。
利用还原剂和高价的钒氧化物或 钒酸盐发生氧化还原反应来制备 电解液。操作简单，反应速率快 ，但反应不完全，导致容量密度 和能力密度有所下降。
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图4 奥地利10 KWh光伏离网储能钒电池充电站
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图5 美国南卡罗来纳州空军基地 60KWh UPS
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Thank You!!
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