一、釩電池發(fā)展狀況
國外發(fā)展早在60年代，就有鐵—鉻體系的氧化還原電池問(wèn)世，但是釩系的氧化還原電池是在1985年由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Marria Kacos提出，經(jīng)過(guò)十多年的研發(fā)，釩電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。在日本，用于電站調峰和風(fēng)力儲能的固定型(相對于電動(dòng)車(chē)用而言)釩電池發(fā)展迅速，大功率的釩電池儲能系統已投入實(shí)用，并全力推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。
從1995年中國工程物理研究院電子工程研究所首先在國內開(kāi)始釩電池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W、1kW的釩電池樣機，在釩電池的關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，填補了國內空白。成功開(kāi)發(fā)了四價(jià)釩溶液制備、導電塑料成型及批量生產(chǎn)、中型電池組裝配和調試等技術(shù)。擁有電解質(zhì)溶液制備、導電塑料成型等專(zhuān)利。1998年，500w的釩電池樣機用于電瓶車(chē)的驅動(dòng)�，F已研制出800W的產(chǎn)品樣機。
2006年3月中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研發(fā)成功10 kW試驗電堆，并通過(guò)國家科技部驗收，標志著(zhù)我國的全釩液流電池系統取得階段性進(jìn)步。清華大學(xué)利用在膜分離功能材料制備、膜過(guò)程與設備設計等方面近二十年的研究經(jīng)驗和技術(shù)積累，以及電解質(zhì)溶液熱力學(xué)、功能膜材料物理化學(xué)、化工過(guò)程傳質(zhì)學(xué)的豐富理論研究成果，在電堆流道設計、電堆密封結構、鎖緊方式方面取得研究成果，已經(jīng)申報3項專(zhuān)利。并研發(fā)成功全釩液流電池測試平臺。
二、釩電池工作原理
釩電池(VRB)是一種可以流動(dòng)的電池，目前正在逐步進(jìn)入商用化階段。VRB作為一種化學(xué)的能源存儲技術(shù)，和傳統的鉛酸電池、鎳鎘電池相比，它在設計上有許多獨特之處，性能上也適用于多種工業(yè)場(chǎng)合，比如可以替代油機、備用電源等。利用VRB技術(shù)設計制造的VESS系統(VanadiumEnergy Storage System，即釩能源存儲系統)，其設計和操作特性在VRB的基礎之上被優(yōu)化，而且集成了許多自動(dòng)化的智能控制和用于管理操作的電子裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，釩電池將存儲在電解波中的能量轉換為電能，這是通過(guò)兩個(gè)不同類(lèi)型的、被一層隔膜隔開(kāi)的釩離子之間交換電子來(lái)實(shí)現的。電解液是由硫酸和釩混合而成的，酸性和傳統的鉛酸電池一樣。由于這個(gè)電化學(xué)反應是可逆的，所以VRB電池既可以充電，也可以放電。充放電時(shí)隨著(zhù)兩種釩離子濃度的變化，電能和化學(xué)能能相互轉換。 VRB電池由兩個(gè)電解液地和一層層的電池單元組成。電解液地用于盛兩種不同的電解液。每個(gè)電池單元由兩個(gè)“半單元”組成，中間夾著(zhù)隔膜和用于收集電流的電極。兩個(gè)不同的“半單元”中盛放著(zhù)不同離子形態(tài)的釩的電解液。每個(gè)電解液池配有一個(gè)泵，用于在封閉的管道中為每一個(gè)“半單元”輸送電解液。當帶電的電解液在一層層的電池單元中流動(dòng)時(shí)，電子就流動(dòng)到外部電路，這就是放電過(guò)程。當從外部將電子輸送到電池內部時(shí)，相反的過(guò)程就發(fā)生了，這就是給電池單元中的電解液充電，然后再由泵輸送回電解液池。在 VRB中，電解液在多個(gè)電池單元間流動(dòng)，電壓是各單元電壓串聯(lián)形成的。標稱(chēng)電壓是1.2V。電流密度由電池單元內電流收集極的表面積決定，但是電流的供應取決于電解液在電池單元間的流動(dòng)，而不是電池層本身。VRB電池技術(shù)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是：峰值功率取決于電池層總的表面積，而電池的電量則取決于電解液的多少。在傳統的鉛酸和鎳福電池中，電極和電解液被放置到一塊，功率和能量強烈地依賴(lài)于極板面積和電解液的容量。但VRB電池不是這樣，它的電極和電解液不一定必須放到一塊，這就意味著(zhù)能量的存放可以不受電池外殼的限制。從電力上來(lái)講，不同等級的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過(guò)提供足夠的電解液來(lái)得到。給電池層充電和放電不一定需要相同的電壓。例如，VRB電池可以用串聯(lián)電池層的電壓放電，而充電則可以在電池層的另一部分用不同的電壓進(jìn)行。
VESS是把VRB集成起來(lái)的、一個(gè)實(shí)用的能源存儲系統。該系統中采用的專(zhuān)家控制技術(shù)，可以使操作管理、容量管理、日常維護、糾錯處理、系統狀態(tài)監視和外部通信自動(dòng)化。 VESS放棄了在傳統的備用能源中常用的如充電、放電、線(xiàn)電壓等概念，而以能量存儲和轉移的概念來(lái)代替。 VESS在通信中應用的一個(gè)主要特征：VESS可以對現有的通信動(dòng)力基礎設施做出更有利的使用，而且可以考慮在新的無(wú)污染的通信應用中引入能源存儲的基礎設施。
三、釩電池主要優(yōu)點(diǎn)
和許多傳統的、二次電池技術(shù)相比，VRB在成本上很有競爭性，而且以前認為采用鉛酸電池技術(shù)會(huì )很貴或不可能實(shí)現的一些應用，現在用VESS就可以很容易實(shí)現。因此對于現在的直流電源系統，VESS是一種很理想的替代品。 VESS電池的容量只需用油量表就可以知道，并且能量存儲的成本很低，所以它在通信應用中的前景是很誘人的。另外，VESS的能量存儲輕便，并且存儲和使用相互獨立，所以可以用在通信應用的特定場(chǎng)合。替代油機。通信動(dòng)力系統中通常都使用柴油發(fā)電機，以便在停電時(shí)提供長(cháng)時(shí)間的動(dòng)力。當油機啟動(dòng)和預熱時(shí)，通常需要一個(gè)電池來(lái)提供短時(shí)間的動(dòng)力。在通信站還經(jīng)常使用UPS來(lái)提供交流不間斷和直流不間斷電源，兩者都需要一個(gè)單獨的電池。一些小站口使用一個(gè)電池供應不間斷的直流電源，不間斷交流電源則通過(guò)逆變需得到。備用系統的油機在動(dòng)力系統的投資中占了很大一部分，而且需要持續不斷的機械維護以保證其可靠性。在實(shí)際應用中，油機的利用率很低，因此其單位時(shí)間的使用成本是比較高的。而基于VESS的新系統則有潛力替代動(dòng)力系統中的油機，為UPS和高可靠性的直流電源提供總的、多功能的能量存儲解決方案。替代太陽(yáng)能電池。一些通信管理部門(mén)維護著(zhù)巨大的、地理分布很廣的太陽(yáng)能電池供電的通信網(wǎng)絡(luò )。太陽(yáng)能供電系統的能量存儲零件通常是鉛酸電池，這需要的維護量很大。VESS有潛力替代太陽(yáng)能電池，減少成本，提高生產(chǎn)率。（南方財富網(wǎng)個(gè)股頻道）
（責任編輯：張曉軒）