鉅大LARGE | 點擊量：387次 | 2023年07月14日
釩電池如何工作？釩電池能在實用規模的存儲上打敗鋰離子電池嗎?
液流電池是一種蓄電裝置，它是常規電池和燃料電池之間的交叉之處。金屬鹽的液體電解質被泵送通過一個由正極和負極組成的芯，并由膜隔開。在陰極和陽極之間發生的離子交換會產生電能。出現的最新技術是釩氧化還原電池，也稱為 釩液流電池。最好的電池似乎來自 WattJoule，尤其是因為它們的成本比其他V-flow電池低很多。
V型液流電池是完全容器化的，不可燃的，緊湊的，可以在半無限循環中重復使用的電池，可以釋放100％的存儲能量，并且不會降解超過20年。地殼中的釩比鋰多得多，并且我們每年產生的釩是鋰的兩倍。
大多數商用液流電池使用酸性硫和釩鹽作為電解質；電極由石墨雙極板制成。釩是保持腐蝕受控的幾種有效活性材料之一。已嘗試使用液流電池，其中包含的貴金屬（例如鉑金）也用于燃料電池。研究正在繼續尋找低成本且容易獲得的材料。
通過泵激活，液流電池在20kWh以上的容量中表現最佳。據說它們可提供10,000多個完整周期，使用壽命約20年。每個電池產生1.15–1.55伏；它們串聯連接以達到所需的電壓水平。電池的比能量約為40Wh/kg，類似于鉛酸。與燃料電池類似，功率密度和加速速度適中。這使電池最適合用于大容量儲能。電力傳動系統和需要快速采取措施的負載均衡的需求更少。
電解液儲存在槽中。為了增加能量密度，可以使用現成的儲罐將儲罐尺寸增加一倍，與新系統相比，估計成本僅增加50％。更換電池時，電解液可以重復使用，從而進一步節省了成本。問題區域是容易腐蝕且價格昂貴的膜。據說添加劑可以解決這個問題。圖1說明了液流電池的概念。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
圖1：液流電池。
電解液儲存在儲罐中，并通過堆芯抽水發電。充電是相反的過程。電解液的體積決定著電池的容量。
釩是23次上元素周期表并在中國，俄羅斯和南非被開采。受太陽支持的內華達州中部可能很快會以嚴重氧化的碎石的形式出現。目前，90％的低品位釩用作增強鋼的添加劑。電池科學家，礦業公司和政界人士對釩成為“綠色能源”的戰略金屬感到興奮。根據德國亞琛的RWTH（2018），液流電池的成本約為每kWh350美元。
為了進行更精確的成本估算，將液流電池分為動力成本和能源成本。電力成本可能超過$1,500/kW，包括煙囪，泵，管道和電力電子設備。由儲罐和電解液組成的能源成本略高于$300/kWh。
自1996年以來，日本已使用超過100kWh的大型液流電池。目前一些最大的裝置具有幾兆瓦的容量，并且日本正在安裝用于頻率調節的液流電池，其輸出功率將高達60MWh。
朝著降低成本和減小尺寸的方向發展。與其建造類似于化工廠的巨型電池，不如將新型系統裝入通常可堆疊的250kWh的容器中。現代液流電池在歐洲也很普遍。
1954年7月，氯化鈦液流電池獲得了第一項專利。如今，釩氧化還原電池由澳大利亞新南威爾士大學于1986年獲得了專利。術語“氧化還原”來自還原和氧化的“電子轉移”。
在TheArmchairTrader，我們認為全球向清潔能源的過渡將成為未來十年主要的投資主題之一，其規模可與1990年代的互聯網革命或2010年代的智能手機相提并論。但是，儲能仍然是一個大問題–即使有了所有這些新的能源，您如何確保在風不吹或太陽不照耀時社區獲得電力呢？
一種解決方案是液流電池（有時也稱為氧化還原液流電池）。它們是基于化學的能量電池，可以在電解質中而不是常規電池的電極材料中存儲電荷。使用可充電液體的單液流電池可用于電網存儲，并推出后可為從醫院到礦山乃至城市的一切供電。
釩：在可再生能源中的重要作用
液流電池似乎將在全球可再生能源市場的發展中發揮重要作用，預計到2025年，其規模將達到1.5萬億美元。根據MarketsandMarkets的報告，液流電池市場的價值僅僅是2017年為1.87億美元，預計到2023年將達到9.46億美元。這意味著2018年至2023年的復合年增長率為32.7％。
釩電池技術因其高效率，卓越的能量密度以及最重要的是較長的使用壽命，對于儲能的資本成本而言似乎至關重要。能源公司正在尋求這樣的基礎設施解決方案，以幫助他們建立一個廉價可靠地運行的電網，并且使用昂貴釩的電池可以持續使用數年。
低成本儲能在未來幾年將變得非常重要，釩氧化還原液流電池被認為是以局部方式有效儲電的成本最低的方法之一。像手機桅桿一樣，它們可能很快就會普及。
可擴展的解決方案，為未來提供動力
釩液流電池已經在擴大規模，以供公用事業使用-例如，中國的融科動力已參與建造了此類最大的電池之一，旨在容納800兆瓦時的電量，這足夠了為數千個家庭供電。
釩液流電池市場面臨的挑戰之一是全球產量–世界釩市場由數量有限的礦山維持，少數其他礦山即將上線。最終，這將使釩和釩開采公司獲得溢價。
PineapplePower創始人ClivedeLarrabeiti指出：“釩具有很高的可回收性。”“釩礦工有可能長時間將材料租給電池使用者，然后將其帶回以進行回收。”例如，這是它比鋰具有的主要優勢之一。”
釩在可擴展性方面也比鋰電池更具優勢：如果大型項目（如礦山，偏遠地區或城市）將充分享受清潔能源技術的好處，那么釩液流電池更有可能解決這一問題。
釩電池市場似乎正在迅速發展：公司現在開始下訂單。InvinityEnergySystems（AIM：IES）于6月15日宣布，自今年年初以來，已收到40輛容量約為1.7MWh的釩液流電池的已簽署訂單確認書。訂單來自美國市政公用事業公司，一家亞洲儲能項目開發商以及一家主要的全球零售鏈。
Invinity還指出，它參與了與一家美國公用事業公司一起使用240kWh電池模塊的試驗項目。有趣的是，在大流行爆發期間收到了許多此類訂單，反映出公司和市政當局在采購存儲容量時的緊迫性。
即使生產成本有所下降，我們已經看到釩價格又出現上漲趨勢。BushveldMinerals（LON：BMN）一直在投資其釩加工能力，并尋求進一步的制造合作伙伴，這是其未來戰略的關鍵部分。它希望減少對波動的釩價的依賴，釩價在第一季度在歐洲的交易價格約為20美元/千克（2018年金屬價格為34美元/千克）。
PineapplePower的deLarrabeiti補充說：“釩電池市場目前處于新生狀態，市場上的生產商和參與者很少，但是如果人口眾多，就需要大規模生產這種技術。將來要充分享受清潔能源的好處。”
誰知道？
吸入大量釩會導致肺部疾病，例如支氣管炎或肺炎。已經表明，接觸過氧化釩的工人更容易受到眼睛，鼻子和喉嚨的刺激。
釩在第一次世界大戰中被用來制造便攜式大炮和防彈衣。
在1996年發表在醫學雜志《新陳代謝》上的一項研究中，向8位2型糖尿病患者提供了一個月的釩補充劑。它似乎在降低血糖水平方面取得了中度成功，幾乎沒有副作用。在第一周中，八名參與者中的六名出現了一些胃腸道問題，但是這些副作用在繼續使用后消失了。
釩具有非常多彩的氧化態，包括紫色，綠色，藍色和黃色。
1911年，德國化學家馬丁·亨澤（MartinHenze）在海鞘的血細胞中發現了釩。
釩原子具有23個電子，28個中子和23個質子。
由于釩鋼在高溫下仍能保持其硬度，因此可用于圓鋸，鉆頭，發動機渦輪和其他產生大量熱量的運動部件。
釩可用于核用途的鈾精煉過程中。
釩存在于少量的隕石中。
釩氧化還原液流電池（或釩液流電池）可能成為鋰離子電池的寶貴替代品。釩液流電池可充電數千次而不會降解，因此非常適合需要大量循環的項目。釩液流電池不僅使用壽命長，而且非常耐用，可以容納大量能量。釩液流電池也源自不易燃材料，因此對于大規模固定式應用而言，它們更安全，更可靠。這些特性使釩液流電池成為鋰離子電池或鉛酸電池的合法替代品，在某些情況下可替代鋰離子電池或鉛酸電池，用于大規模電池存儲，特別是對于風能和太陽能發電場。
當前，釩主要用于汽車，齒輪和噴氣發動機等產品中的鋼合金。但是，它對能源部門的重要性正在迅速增長。僅在2018年，釩的價格就翻了一番以上，達到歷史最高水平。去年（在某些情況下）“釩年”制造的礦物的需求和價格的增長加速了。
釩的提取和生產主要集中在四個國家：中國，俄羅斯，南非和巴西。但是，鑒于需求激增，北美的許多礦業公司都透露了計劃投資于美國，加拿大和澳大利亞的勘探或重新開放已關閉的釩礦。例如，能源燃料公司宣布計劃重新啟動其在猶他州的釩生產。而在2019年3月，加拿大公司FirstVanadium將其在內華達州釩工廠的規模擴大了一倍。回收也是釩的重要來源，釩催化劑總量中多達40％來自回收材料。
釩液流電池的能量密度很低，這意味著它們很可能不會取代手機或電動汽車中的鋰離子電池。但是，將其用于大規模的固定項目可能會改變能源轉換的規則。
隨著我們加速正在進行的能源轉型并越來越依賴可再生能源存儲技術，戰略性礦物的透明和負責任的采購將變得更加必要。
低碳的未來即將到來，釩可能會發揮重要作用。
