全釩液流儲能電池研究的先驅為澳大利亞新南威爾士大學。從1984年開始,新南威爾士大學(UNSW)的Skyllas2Kazacos研究小組對VRB開展了一系列的研究工作,并于1991年開發出1kWVRB電池組。

從20世紀80年代中期開始,日本有多個機構參與了VRB液流電池的研發工作,并成功開發出多種不同規模的全釩液流電池儲能系統。1985年,日本住友電工(SEI)與關西電力公司(KansaiElectricPowerCo.)合作進行VRB的研發工作。在成功研制20kW電池組的基礎上,SEI于1996年用24個20kW的電池組(實際功率18.8kW)通過模塊化方式串、并聯連接組成了450kW的VRB電池組,關西電力公司把它作為子變壓電站的一個基本單元進行充放電試驗,530次循環電池能量效率均值為82%。隨后,SEI的VRB開發工作節奏明顯加快。20002002年間SEI分別完成了用于辦公樓供電的800kWh、用于半導體廠的115MWh、用于風力發電場的110MWh、用于高爾夫球場光伏電池配套的240kWh以及用于大學校園的5.0MWh的VRB儲能電池系統的建設工作。北海道的一套功率為4MWP6MWh的全釩液流儲能電池用于對30MW風電場的調頻和調峰。

電工實驗室(ElectrotechnicalLaboratory,Tsukuba,Ibaraki,Japan)也是日本較早從事VRB研發工作的機構之一。在電工實驗室的指導下,日本最大的電力公司Kashima2Kita于1990年開始開發VRB電池及相關技術,并在1992年就VRB的研發工作與UNSW簽署了專利許可協議。陸續開發成功2kW、10kWVRB電池組,其中10kW電池組已經過1000次循環試驗,平均能量效率保持在80200kWP800kWhVRB儲能系統也于1997年九月建成并接入公司電網系統進行電池性能測試,650次循環能量效率的均值為80%,顯示出較好的性能穩定性。目前,在日本共有15套全釩液流儲能電池系統進行示范運行。

加拿大VRBPowerSystems公司在全釩液流儲電池系統的商業化開發方面也做了大量卓有成效的工作。2003年十一月十四日VRBPowerSystems公司為澳大利亞King島HydroTasmania建造的與風能及柴油機混合發電系統配套的釩電池儲能系統(VRB2ESS)正式完工并投入運行。該系統的容量為800kWh,輸出功率200kW。VRB2ESS的使用優化了King島上的混合發電系統性能,并使風力發電系統穩定供電,減少了對柴油機發電量的需求,因而減少了燃料費用及向環境中排放的廢氣量。混合電站外觀及VRB2ESS電解液儲罐及管道系統如圖1所示。2004年二月,VRBPowerSystems公司又為CastleValley,UtahPacificCorp公司建造了輸出功率為250kW,儲能容量為2MWh的全釩液流儲能電池系統,用于電廠的削峰填谷、平衡負載。近幾年來,VRBPowerSystems公司將其5kW的全釩液流儲能電池系統用于通訊基站備用電源并加以推廣。結果表明,應用全釩液流儲能電池系統不僅使得通訊基站運行可靠性新增,還降低了基站運營成本。美國南加州空軍國民警衛隊(SouthCarolinaAirNationalGuard,SCANG)于2005年十月購買了一套30kW2h的VRB2ESS用術系統的后備電源。

于2000年成立的奧地利CellstromGmbH公司在2008年成功開發出10kWP100kWh的全釩液流電池儲能系統,系統的能量轉換效率可達到80%。他們與SolongAG光伏公司合作將該系統與太陽能光伏電池配套用作城市電動汽車的充電站,在奧地利維也納進行應用示范。此外,該公司還積極開展該系統在偏遠地區供電、通訊以及備用電源領域中的應用示范。

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我國從20世紀80年代末開始液流儲能系統的研究工作[2]。我國地質大學與北京大學建立了全釩液流儲能電池的實驗室模型,研究了電池的充、放電性能。近年,我國工程物理研究院電子工程研究所研制了碳塑電極,研究了全釩液流儲能電池正極溶液的濃度及添加劑對反應的影響。東北大學在釩硫酸溶液中添加適量的硫酸鈉和甘油提高了釩離子的溶解度和溶液的穩定性。中南大學與攀枝花鋼鐵研究院合作,開展了全釩液流電池儲能系統及其關鍵材料的研究開發,在高濃度、高穩定性電解質溶液的基礎研究工作方面取得重要進展。清華大學在全釩液流電池的離子交換膜材料選擇方面進行了研究。

大連化學物理研究所自2002年開始全釩液流儲能電池關鍵材料和系統集成的研究與開發工作。在全釩液流儲能電池系統的材料選擇、結構設計、系統設計、密封技術、組裝技術、循環操作及測試方法等方面取得了大量實踐相關相關經驗和顯著進展。10kW全釩液流儲能系統于2006年三月通過遼寧省科技廳組織的專家組成果鑒定,專家組一致認為該成果達到國內領先、國際先進水平。2008年,采用自主研發的技術制備了除離子交換膜之外的全釩液流儲能電池的關鍵材料和部件,在國內首先成功研制出10kW電池模塊和100kW級的全釩液流儲能電池系統,如圖2所示。研制的額定輸出為10kW的電池模塊,充放電能量效率為81%,最大穩定放電功率達到2818kW以上;研制的全釩液流儲能電池系統的額定輸出功率為100kW,能量效率達到75%,系統運轉情況良好。鑒定委員會專家一致認為:成果達到國內領先,國際先進水平。100kW級全釩液流儲能電池系統的研制成功,為全釩液流儲能電池系統的規模放大、示范應用及產業化奠定了堅實的技術基礎。