全釩液流電池基礎知識

1、全釩液流電池全釩液流電池 1我國能源背景我國能源背景 能源，是與國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和國家安全緊密相關(guān)的重大話題。當前，擺在我們面前的現(xiàn)實矛盾是一直依賴的化石能源日益枯竭，且傳統(tǒng)能源利用方式引起的環(huán)境惡化日趨嚴重。一個典型的例子是近年來霧霾天氣在我國出現(xiàn)得日益頻繁，已經(jīng)嚴重影響了國民健康，這也使得人們對清潔能源的需求更為迫切。因此，節(jié)約化石能源、提高化石能源利用效率、實現(xiàn)節(jié)能減排以及研究開發(fā)和大規(guī)模可再生能源，實現(xiàn)能源多樣化成為世界各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的共識。1全釩液流電池 簡介全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 液流電池是由美國科學家thallerl.h.于1974年提出的一種電化學儲能技術(shù)。根據(jù)

2、發(fā)生反應的電對不同，液流電池可以分為：全釩液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/溴液流電池、鋅/鎳液流電池、半液流電池等。3全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 雖然各自的電化學體系不同，但都具備以下特點： 1.功率和容量相互獨立，輸出功率由電池模塊的大小和數(shù)量決定，儲能容量由電解液的濃度和體積決定，故可實現(xiàn)功率與容量的獨立設計； 2.能量轉(zhuǎn)化效率高，啟動速度快； 3.具有很強的過載能力和深度放電能力； 4.部件多為廉價的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易于回收。全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 全釩液流電池（Vanadium Redox Flow Battery，VRB），簡稱是釩電池，是一種活

3、性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。VRB具備充放電可逆性高、循環(huán)壽命長、能量轉(zhuǎn)換效率高、正負極電解質(zhì)無交叉污染和容易規(guī)?；葍?yōu)點。同時顯示了較大的成本優(yōu)勢，建設周期短，系統(tǒng)運行和維護費用低，特別是具有運行安全和環(huán)境友好的特點。 全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 釩電池系統(tǒng)可以廣泛用于太陽能和風能發(fā)電的儲能設備、大型應急電源系統(tǒng)、電站儲能和電力系統(tǒng)的削峰填谷、負載調(diào)平等方面。目前釩電池在國外已經(jīng)獲得了長足的發(fā)展，一些商業(yè)化示范工程也已經(jīng)建立并穩(wěn)定運行。 4全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介應用案例1 遼寧臥牛石風電場全釩液流電池儲能示范電站于2012年5月動工，建設在風電場升壓站內(nèi)，在201

4、3年2月22日，風電場5000千瓦2小時全釩液流電池儲能示范電站一次送電成功，標志著遼寧電網(wǎng)首座電池儲能示范項目的正式并網(wǎng)。2全釩液流電池 工作原理4全釩液流電池全釩液流電池 工作原工作原理理 釩電池的電能是以化學能的方式存儲在不同價態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機械動力作用下，使其在不同的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質(zhì)子交換膜作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學反應，通過雙電極板收集和傳導電流，從而使得儲存在溶液中的化學能轉(zhuǎn)換成電能。4全釩液流電池全釩液流電池 工作原工作原理理 釩屬于B 族元素，化學性質(zhì)活躍，呈現(xiàn)多種價態(tài)。VRB

5、就是以釩離子的不同價態(tài)的溶液為電解液，使其在正負極板上發(fā)生可逆反應，得以順利完成充電、放電和再充電過程。正極電解液由V5+和V4+離子溶液組成，負極電解液由V3+和V2+離子溶液組成，電池充電后，正極物質(zhì)為V5+離子溶液，負極為V2+離子溶液，電池放電后，正、負極分別為V4+和V3+離子溶液，電池內(nèi)部通過H+導電。V5+和V4+離子在酸性溶液中分別以VO2+離子和VO2+離子形式存在。 VRB正負極板發(fā)生以下反應：正極：VO2+2H+e- VO2+H2O 負極：V2+ V3+e- 電池反應：VO2+2H+V2+ VO2+H2O+V3+ 4全釩液流電池全釩液流電池 工作原理工作原理 VRB示意圖

6、V3+/V2+V5+/V4+3全釩液流電池 特點 a. 適合大容量儲能 b.VRB使用壽命長 c. 自放電現(xiàn)象微弱 d. VRB環(huán)境友好 f. 啟動速度快 g. VRB的部件成本低 h. 保障軟件性能和質(zhì)量 i.充放電性能好全釩液流電池 特點 e. VRB安全性高 j. 能量效率高，性價比非常高優(yōu)勢優(yōu)勢 4全釩液流電池全釩液流電池 特點特點 目前VRB的劣勢:1.能量密度低，目前先進的產(chǎn)品能量密度大概只有40Wh/kg。鉛酸電池大概有35Wh/kg。2.因為能量密度低，又是液流電池，所以占地面積大。3.目前國際先進水平的工作溫度范圍為 5 和 45C，過高或過低都需要調(diào)節(jié)。4全釩液流電池 關(guān)鍵

7、技術(shù) 電堆技術(shù)電解液技術(shù)控制技術(shù)系統(tǒng)集成技術(shù)1212全釩液流電池全釩液流電池 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 4全釩液流電池全釩液流電池 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 電堆技術(shù)離子交換膜電極材料雙極板電堆的流場技術(shù)密封技術(shù)耐腐蝕，壽命長離子交換能力好，電池效率高一致性要好硬石墨軟石墨石墨板導電塑料石墨氈碳氈 4全釩液流電池全釩液流電池 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 電解液技術(shù) 在氧化還原流體電池里，能量是通過稱為電解液的工作流體化學變化進行儲存的，流體內(nèi)所包含的可溶性物質(zhì)可以通過電化學氧化或還原來儲存能量。 電解液決定了VRB的儲電量，也是釩電池成本的重要組成部分。電解液技術(shù)的關(guān)鍵在于以下幾個方面，如配方配方、制備方法制備方法、純

8、度純度以及成本成本等。 電解液的原材料最初是由VOSO4直接溶解得到的，但是 VOSO4價格貴，電池成本高，難以大規(guī)模應用。后來選用V V2 2O O5 5通過化學還原化學還原法法和電解法電解法制備電解液，其可滿足電解液的要求 4全釩液流電池全釩液流電池 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) 控制技術(shù) VRB的控制系統(tǒng)對于釩電池長期穩(wěn)定運行相當關(guān)鍵。包括：電解液的溫度、流量，流量分配，充放電電壓、電流等。相對于燃料電池的控制系統(tǒng)，釩電池的控制系統(tǒng)要求相對比較簡單。 系統(tǒng)集成技術(shù) 首先是釩電池系統(tǒng)各主要部件的選擇和應用集成技術(shù)。包括泵的選擇，管路、閥門、控制器等，要能夠長期穩(wěn)定支持釩電池系統(tǒng)運行；另一部分是如充電機

9、、大功率系統(tǒng)的電流、電壓控制器，與風力發(fā)電的集成控制，與太陽能發(fā)電的集成控制等。其中VRB選用的是蠕動泵蠕動泵，它的優(yōu)點是液流不接觸泵體，只在泵管內(nèi)流動，不會污染液體，腐蝕泵；密封、穩(wěn)定性好，可空轉(zhuǎn)，防止回流；維護只用更換泵管，無閥門和密封件，可以保證支持全釩液流電池系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。 5全釩液流電池 發(fā)展現(xiàn)狀 13全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現(xiàn)發(fā)展現(xiàn)狀狀1KW全釩液流電池詳細參數(shù) 全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現(xiàn)發(fā)展現(xiàn)狀狀 目前世界上比較知名的全釩液流電池生產(chǎn)公司主要有加拿大的VRB Power Systems公司，以下是其建立的商用全釩液流電池系統(tǒng)。全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現(xiàn)發(fā)展現(xiàn)狀狀還有日本住友電工（SEI）公司，其建立的商用全釩液流電池系統(tǒng)如下：全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現(xiàn)發(fā)展現(xiàn)狀狀 中國工程物理研究院電子工程研究