全釩液流電池基礎(chǔ)知識(shí)

全釩液流電池

1我國(guó)能源背景

能源，是與國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家安全緊密相關(guān)的重大話題。當(dāng)前，擺在我們面前的現(xiàn)實(shí)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(yán)重。一個(gè)典型的例子是近年來(lái)霧霾天氣在我國(guó)出現(xiàn)得日益頻繁，已經(jīng)嚴(yán)重影響了國(guó)民健康，這也使得人們對(duì)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(shí)現(xiàn)節(jié)能減排以及研究開(kāi)發(fā)和大規(guī)?？稍偕茉矗瑢?shí)現(xiàn)能源多樣化成為世界各國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的共識(shí)。1全釩液流電池簡(jiǎn)介全釩液流電池簡(jiǎn)介

液流電池是由美國(guó)科學(xué)家thallerl.h.于1974年提出的一種電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。根據(jù)發(fā)生反應(yīng)的電對(duì)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全釩液流電池簡(jiǎn)介

雖然各自的電化學(xué)體系不同，但都具備以下特點(diǎn)：

1.功率和容量相互獨(dú)立，輸出功率由電池模塊的大小和數(shù)量決定，儲(chǔ)能容量由電解液的濃度和體積決定，故可實(shí)現(xiàn)功率與容量的獨(dú)立設(shè)計(jì)；

2.能量轉(zhuǎn)化效率高，啟動(dòng)速度快；

3.具有很強(qiáng)的過(guò)載能力和深度放電能力；

4.部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來(lái)源豐富，易于回收。全釩液流電池簡(jiǎn)介全釩液流電池（VanadiumRedoxFlowBattery，VRB），簡(jiǎn)稱是釩電池，是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)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(zhǎng)、能量轉(zhuǎn)換效率高、正負(fù)極電解質(zhì)無(wú)交叉污染和容易規(guī)?；葍?yōu)點(diǎn)。同時(shí)顯示了較大的成本優(yōu)勢(shì)，建設(shè)周期短，系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低，特別是具有運(yùn)行安全和環(huán)境友好的特點(diǎn)。

全釩液流電池簡(jiǎn)介

釩電池系統(tǒng)可以廣泛用于太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電的儲(chǔ)能設(shè)備、大型應(yīng)急電源系統(tǒng)、電站儲(chǔ)能和電力系統(tǒng)的削峰填谷、負(fù)載調(diào)平等方面。目前釩電池在國(guó)外已經(jīng)獲得了長(zhǎng)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(yùn)行。

4全釩液流電池簡(jiǎn)介應(yīng)用案例1

遼寧臥牛石風(fēng)電場(chǎng)全釩液流電池儲(chǔ)能示范電站于2012年5月動(dòng)工，建設(shè)在風(fēng)電場(chǎng)升壓站內(nèi)，在2013年2月22日，風(fēng)電場(chǎng)5000千瓦×2小時(shí)全釩液流電池儲(chǔ)能示范電站一次送電成功，標(biāo)志著遼寧電網(wǎng)首座電池儲(chǔ)能示范項(xiàng)目的正式并網(wǎng)。2全釩液流電池工作原理4全釩液流電池工作原理

釩電池的電能是以化學(xué)能的方式存儲(chǔ)在不同價(jià)態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過(guò)外接泵把電解液壓入電池堆體內(nèi)，在機(jī)械動(dòng)力作用下，使其在不同的儲(chǔ)液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動(dòng)，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(guò)電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)雙電極板收集和傳導(dǎo)電流，從而使得儲(chǔ)存在溶液中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。4全釩液流電池工作原理

釩屬于ⅤB族元素，化學(xué)性質(zhì)活躍，呈現(xiàn)多種價(jià)態(tài)。VRB就是以釩離子的不同價(jià)態(tài)的溶液為電解液，使其在正負(fù)極板上發(fā)生可逆反應(yīng)，得以順利完成充電、放電和再充電過(guò)程。正極電解液由V5+和V4+離子溶液組成，負(fù)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(fù)極為V2+離子溶液，電池放電后，正、負(fù)極分別為V4+和V3+離子溶液，電池內(nèi)部通過(guò)H+導(dǎo)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(fù)極板發(fā)生以下反應(yīng)：正極：VO2++2H++e-

VO2++H2O

負(fù)極：V2+

V3++e-

電池反應(yīng)：VO2++2H++V2+

VO2++H2O+V3+

4全釩液流電池工作原理

VRB示意圖V3+/V2+V5+/V4+3全釩液流電池特點(diǎn)

a.適合大容量?jī)?chǔ)能b.VRB使用壽命長(zhǎng)c.自放電現(xiàn)象微弱d.VRB環(huán)境友好

f.啟動(dòng)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(diǎn)e.VRB安全性高

j.

能量效率高，性價(jià)比非常高優(yōu)勢(shì)

4全釩液流電池特點(diǎn)

目前VRB的劣勢(shì):1.能量密度低，目前先進(jìn)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?yàn)槟芰棵芏鹊?，又是液流電池，所以占地面積大。3.目前國(guó)際先進(jìn)水平的工作溫度范圍為5°和45°C，過(guò)高或過(guò)低都需要調(diào)節(jié)。4全釩液流電池關(guān)鍵技術(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)12全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)

4全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)

①電堆技術(shù)離子交換膜電極材料雙極板電堆的流場(chǎng)技術(shù)密封技術(shù)耐腐蝕，壽命長(zhǎng)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(dǎo)電塑料石墨氈碳?xì)?/p>

4全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)

②電解液技術(shù)在氧化還原流體電池里，能量是通過(guò)稱為電解液的工作流體化學(xué)變化進(jìn)行儲(chǔ)存的，流體內(nèi)所包含的可溶性物質(zhì)可以通過(guò)電化學(xué)氧化或還原來(lái)儲(chǔ)存能量。電解液決定了VRB的儲(chǔ)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(gè)方面，如配方、制備方法、純度以及成本等。電解液的原材料最初是由VOSO4直接溶解得到的，但是VOSO4價(jià)格貴，電池成本高，難以大規(guī)模應(yīng)用。后來(lái)選用V2O5通過(guò)化學(xué)還原法和電解法制備電解液，其可滿足電解液的要求

4全釩液流電池關(guān)鍵技術(shù)

③控制技術(shù)VRB的控制系統(tǒng)對(duì)于釩電池長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行相當(dāng)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(duì)于燃料電池的控制系統(tǒng)，釩電池的控制系統(tǒng)要求相對(duì)比較簡(jiǎn)單。④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(yīng)用集成技術(shù)。包括泵的選擇，管路、閥門(mén)、控制器等，要能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定支持釩電池系統(tǒng)運(yùn)行；另一部分是如充電機(jī)、大功率系統(tǒng)的電流、電壓控制器，與風(fēng)力發(fā)電的集成控制，與太陽(yáng)能發(fā)電的集成控制等。其中VRB選用的是蠕動(dòng)泵，它的優(yōu)點(diǎn)是液流不接觸泵體，只在泵管內(nèi)流動(dòng)，不會(huì)污染液體，腐蝕泵；密封、穩(wěn)定性好，可空轉(zhuǎn)，防止回流；維護(hù)只用更換泵管，無(wú)閥門(mén)和密封件，可以保證支持全釩液流電池系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。5全釩液流電池發(fā)展現(xiàn)狀

13全釩液流電池發(fā)展現(xiàn)狀1KW全釩液流電池詳細(xì)參數(shù)

全釩液流電池發(fā)展現(xiàn)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VRBPowerSystems公司，以下是其建立的商用全釩液流電池系統(tǒng)。全釩液流電池發(fā)展現(xiàn)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：全釩液流電池發(fā)展現(xiàn)狀

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