钒的新应用-钒电池

n HO1"POI TS 蓁 热点扫描 【编者按】钒 电池全称 为全钒 氧化还原液流 电池(Vanadium gedox Batte ry，缩写为VgB)，是一种 j 活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池，它是在1 985年由澳大利亚新南威 尔士大学的Marria Kacos ： 提 出的。钒 电池在 国内 已经被研 究了十 多年 ，但至今 为止也 未有真正的应用示范工程 ，并且对于它 霉 l 的技术特点也存在不同观点。现摘选两篇观点不同的文章供大家讨论，希望读者积极参与。 【 誊 口 羽 l 12~7．厂仃 5 i 一 钒电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一 池一样。由于这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既 (它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质)，它具有特殊 可以充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子浓度的变 的电池结构 ，可深度大电流密度放电；充电迅速；比能量高 ； 化 ，电能和化学能能相互转换 VRB电池由两个电解液池 价格低廉；应用领域十分广阔：如可作为大厦、机场、程控交 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 换站备用电源；可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装 液。每个电池单元由两个 “半单元”组成，中间夹着隔膜和 置；为潜艇 、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等 。 用于收集电流的电极。两个不同的 “半单元”中盛放着不同 钒 电池成本 与铅 酸电池相近 ，它还可制备 兆瓦级 电池 离子形态的钒的 电解 液 。每个 电解液 池配有一个泵 ，用 于 组，大功率长时间提供电能，因此钒电池在大规模储能领域 在封闭的管道中为每一个 “半单元”输送电解液。当带电的 具有锂离子电池 、镍氢 电池不可 比拟的性价比优势 。钒电池 电解 在一层层的电池单元中流 动时 ，电子就流动~fJgF部电 生产工艺简单，价格经济 ，电性能优异，与制造复杂 、价格 路 ，这就是放电过程。当从外部将电子输送到电池内部时 ， 昂贵的燃料电池相比 ，无论是在大规模储 能还是电动汽车动 相反的过程就发生了 ，这就是给电池单元中的 电解液充 电， 力电源的应用前景方面，都更具竞争实力。 然后再由泵输送回电解液池。在VRB中，电解液在多个电 经过十多年的研发 ，钒 电池技术已经趋近成熟 。某单位 池单元间流 动，电压是各单元电压串联形成的 。标称 电压是 从1 995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了 1．2V。电流密度由电池单元内电流收集极的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积决定， 20W、1 00W、500W的钒电池样机，在钒电池的关键技术 但是电流的供应取决于电解液在电池单元间的流动，而不是 上有所突破 ，填补了国内空 白。成功开发 了四价钒 溶液制 电池层本身 。VRB电池技术的一个最重要的特点是 ：峰值 备 、导电塑料成型及批量生产 、中型 电池组装配和调试等技 功率取决于电池层总的表面积 ，而电池的电量则取决于电解 术。1 998年，500W的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已 液的多少。在传统的铅酸和镍福电池中，电极和电解液被放 研制出800W的产品样机。主要参数如下：单体数：1 O个电 置到一块，功率和能量强烈地依赖于极板面积和电解液的容 极面积 ：784cm ；单体电池厚度 ：1 3mm；电解液浓度 ： 量 。但VRB电池不是这 样 ，它的电极和电解液不一定必须 ．5M VOSO +2M H SO ；电解液量：1 0L；理论容量 ： 放到一块 ，这 就意味着能量的存 放可以不受 电池外 壳的限 200Ah；最大充电电流：80A(电流密度1 02mA／cm )；充 制。从电力上来讲，不同等级的能量可以为电池层中不同的 电电压(50％充电状态)：40A充电电压为1 5．0V，80A充电 电池单元或单元组中通过提供足够的电解液来得到。给电池 电压为1 6．5V；充电容量 ：40Ah；最大放电电流 ：80A(电 层充 电和放 电不 一定需要相 同的电压 。例如 ，VRB电池可 流密度1 02mA／cm )；放电电压(5O％放电状态)：40A放电 以用串联电池层的电压放电，而充电则可以在电池层的另一 电压为1 1．5V，80A放电电压为1 0V；放电容量：30Ah； 部分用不同的电压进行。 充放电利用率：≥80％；电堆最大功率：≥800W。 在典型的通信应用中，和铅酸电池相比，VESS有许多 利 用VRB技术 设计 制造 的VESS系 统(V a n a di um 优点： Energy Storage System，即钒能源存储系统)，其设 (1)自动控制功能提供 了自动保 护 、自动整流和系统控 计和操作特性在VRB的基础之上被优化 ，而且集成了许多 制界面 ； 自动化的智能控制和用于管理操作的电子装置。简单地说， (2)内部控制单元可以控制其它的系统部件； 钒电池将存储在电解波中的能量转换为电能，这是通过两个 (3)能量的存储量可以很精确地直接读出； 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 (4)寿长，使用5年左右的时间后，只需更换部分零部件； 的。电解液是由硫酸和钒混合而成的，酸性和传统的铅酸电 (5)能量的存储量可以在任何时间添加，成本只有铅酸 _圃 2oo9年第8期毫’厘技 石闻 H0T P0lI'lTS 热点扫描 电池的20％ ，约为200 美元／kWh。 钒电池市场前景 1)风力发电 目前风力发电机需要配备功 率大 约相当于其功率 1％的 铅酸电池用于紧急情况时风机保护收风叶用，另外每一台风 机还需要配备功率大约相当于其功率4％的后备蓄 电池 。风 电场将需要 配备 功率相当于其功 率1 O％ ～50％的动态储 能 蓄电池 。对于风机离网发 电，则需要更大 比例的动态储 能蓄 电池 。 拥有众多杰出优点的钒 电池完全可以取代现有的铅酸 电 池，进而构建风电场的动态能源储存系统，大幅度提高风电 场的效率和效益，推 动风 电产业更好更快地发展 。 2)光伏发电 顾名思义，光伏发电需要太阳光，一旦到了晚上和阴雨 天就发不 了电 ，因而需要蓄电池为其储存 电力 ，由于铅酸 电 池功率、容量、寿命均非常有限，相信集众多杰出优点于一 身的钒 电池将作为光伏发电储能电池的首选 。 3)电网调峰 电网调峰的主要手段一直是抽水蓄能电站。近二三十年 来，世界发达国家抽水蓄能电站发展越来越快 。 由于抽水蓄能电站需建上、下两个水库，受地理条件限 制较大，在平原地区不容易建设，而且占地面积大，维护成 本高。钒 电池蓄能电站不受地理条件限制 ，选址自由 ，占地 少，维护成本低。可以预期，随着钒电池技术的发展，钒电 池蓄能电站将逐步取代抽水蓄能电站，在电网调峰中发挥重 要的作用 。 4)交通市政 可以预期，拥有众多杰出优点的钒电池将在电动汽车 (特 另U是 城市公 交客车 )、电动机 车 、电动自行 车 、电动船 舶、交通信号 、风光互补路灯等广阔领域发挥重要作用 。 5)通讯基站 通信基站和通信机房需要蓄电池作为后备 电源 ，且日寸间 通常不能 少于1 od、时。对通讯运 营商来讲 ，安全稳定可靠性 和使用寿命是最重要的，在这一领域，钒电池有着铅酸电池 无法 比拟的先天优势。 6)UPS电源 UPS产品发展的方向是更高的可用性 、安全性以及功 能的集成化 、智能化和人性化 。 目前中国的UPS市场强烈需求功率大、安全、稳定可 靠的蓄电池，钒电池在这一领域，相对于铅酸电池无论在功 率 、安全稳定性 、还是使用寿命上都有着绝对优势。 7)分布 电站 随着分布电站的崛起，大型中心电站将逐步走向衰落。 相信钒电池将首先在医院、指挥控制中心、数据处理和通讯中 心、商业大楼、娱乐中心、政府要害部门、制药和化学材料工 业、精密制造工业的分布电站中发挥重要作用。 8)军用蓄 电 钒电池还可以在军 事基地 、指挥中心等军 事部门的军用 蓄电中发挥重要作用。◆ (选 自：世纪电源网) 钒电池目前是大家热炒的一个话题 ，被宣传成环保 、 使用寿命长以及能用于电站储能等。这是研究机构以及钒电 池公 司吹出来的又一个气泡 ，目的是融资 。钒电池在 国内已 经被研究了十多年，试问谁见过实际应用的示范工程? 目前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。 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)1 7万、控制系统1 0万、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 ，没计人 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。 从环保的角度来说 ，钒电池根本就不环保 ，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 。 因此，钒电池还有很多问题需要解决，让人无法乐观的 是，钒电池在国内被研究十多年来还没有哪家科研机构取得 了突破 。◆ (选自：dub．battery．com．cn) _ 焉 童鲎整茎蕉塑兰 壁皇生篁垒塑I田