鉅大LARGE | 點擊量:15101次 | 2018年10月29日
釩電池的工作原理及優缺點
釩電池市場前景怎么樣?這是很多人都很關心的問題。釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池,是一種活性物質呈循環流動液態的氧化還原電池。與其他儲能技術相比,全釩液流電池儲能技術因其使用壽命長、規模大、安全可靠等突出的優勢,成為規模儲能的首選技術之一。下面小編就對釩電池工作原理及優缺點做一下介紹,一起來看看吧!
釩電池市場前景怎么樣?
湖北省科技廳日前組織專家組在武漢召開了由武漢理工大學承擔的國家國際科技合作重點專項“高性能納米線釩系鋰離子動力電池聯合研發”項目驗收會。
“高性能納米線釩系鋰離子動力電池聯合研發”該項目面向清潔高效能源的可持續發展,通過與哈佛大學開展合作,建成了單次百公斤級納米線釩系正極材料中試線和自動化電子生產線,完成了納米線釩系動力電池的裝配和裝車實驗,進行了電動汽車示范運行,對我國發展清潔高效能源系統產生了積極影響。
業內人士指出,此項目的成功驗收是釩電池在電動汽車領域的重大突破,意味著釩電池技術距離產業化正越來越近,對釩儲能電池的發展具有長遠的意義。釩電池之所以引起社會各界以及資本市場的關注,與其將對鋰電池帶來的顛覆性影響有著密切的關系,從續航、充電時間與成本上均被譽為“完美電池”。相關研究人員也表示,釩電池的研發和推廣應用,有望成為替代鋰電創造出歷史性新藍海產業。
釩電池生產工藝簡單,價格經濟,電性能優異,與制造復雜、價格昂貴的燃料電池相比,無論是在大規模儲能還是電動汽車動力電源的應用前景方面,都更具競爭實力。按照我國《新能源汽車產業發展規劃》和近年來電池行業數據的測算,釩電池所對應的市場規模將達到萬億元級別,行業空間發展潛力不容小覷。此外,釩資源的利用思路對于改變目前鋼鐵企業產能過剩危機也具有重要的革命意義。
市場人士表示,近年來任何一個新興高科技領域的發展,都刺激二級市場相關概念股走出了一波獨立上漲行情,產生了諸多牛股,釩電池技術研發的重大突破,或將使得釩電池概念股效仿鋰電池板塊在A股市場掀起新的波瀾,而在釩電池還未進入大規模商業化應用階段前,擁有釩資源較多的上游原材料公司將率先受益。
釩電池的工作原理
釩電池(VRB)是一種可以流動的電池,正在逐步進入商用化階段。VRB作為一種化學的能源存儲技術,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場合,比如可以替代油機、備用電源等。利用VRB技術設計制造的VESS系統(VanadiumEnergyStorageSystem,即釩能源存儲系統),其設計和操作特性在VRB的基礎之上被優化,而且集成了許多自動化的智能控制和用于管理操作的電子裝置。
簡單地說,釩電池將存儲在電解液中的能量轉換為電能,這是通過兩個不同類型的、被一層隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實現的。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。由于這個電化學反應是可逆的,所以VRB電池既可以充電,也可以放電。充放電時隨著兩種釩離子濃度的變化,電能和化學能能相互轉換。
VRB電池由兩個電解液池和一層層的電池單元組成。電解液池用于盛兩種不同的電解液。每個電池單元由兩個“半單元”組成,中間夾著隔膜和用于收集電流的電極。兩個不同的“半單元”中盛放著不同離子形態的釩的電解液。每個電解液池配有一個泵,用于在封閉的管道中為每一個“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時,電子就流動到外部電路,這就是放電過程。當從外部將電子輸送到電池內部時,相反的過程就發生了,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,電解液在多個電池單元間流動,電壓是各單元電壓串聯形成的。標稱電壓是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,而不是電池層本身。VRB電池技術的一個最重要的特點是: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,這就意味著能量的存放可以不受電池外殼的限制。從電力上來講,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提供足夠的電解液來得到。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行。
釩電池在實際應用中的優點
1、電堆作為發生反應的場所與存放電解液的儲罐分開,從根本上克服了傳統電池的自放電現象。功率只取決于電堆大小,容量只取決于電解液儲量和濃度,設計非常靈活;當功率一定時,要增加儲能容量,只需要增大電解液儲罐容積或提高電解液體積或濃度即可,而不需改變電堆大?。豢赏ㄟ^更換或添加充電狀態的電解液實現“瞬間充電”的目的??捎糜诮ㄔ烨呒壍桨僬淄呒墐δ茈娬?,適應性很強。
2、充、放電性能好,可以進行大功率的充電和放電,也可以允許浮充和深度放電。對鉛酸蓄電池來說,放電電流越大,電池的壽命越短;放電深度越深,電池的壽命也越短。而釩電池放電深度即使達到100%,也不會對電池造成影響。而且釩電池不易發生短路,[1]這就避免了因短路而引起的爆炸等安全問題。
3、可充放電次數極大,理論上壽命是無數次。充放電時間比為1:1,而鉛酸電池是4:1。而且釩電池充、放切換響應速度快,小于20毫秒,非常有利于均衡供電。
4、能量效率高,直流對直流能量效率可以達到80%以上,而鉛酸電池只有60%左右。釩電池組中的各個單位電池狀態基本一致,維護簡單方便。
5、選址自由度大,占地少,系統可全自動封閉運行,不會產生酸霧,沒有酸腐蝕。電解液可反復利用,無排放,維護簡單,操作成本低。是一種綠色環保儲能技術。因此對于可再生能源發電,釩電池是鉛酸電池理想的替代品。
釩電池市場前景怎么樣?釩電池的工作原理及優缺點
釩電池的優缺點
1、釩電池優點
與其它化學電源相比,釩電池具有明顯的優越性,主要優點如下:
(1)功率大:通過增加單片電池的數量和電極面積,即可增加釩電池的功率,美國商業化示范運行的釩電池的功率已達6兆瓦。
(2)容量大:通過任意增加電解液的體積,即可任意增加釩電池的電量,可達吉瓦時以上;通過提高電解液的濃度,即可成倍增加釩電池的電量。
(3)效率高:由于釩電池的電極催化活性高,且正、負極活性物質分別存儲在正、負極電解液儲槽中,避免了正、負極活性物質的自放電消耗,釩電池的充放電能量轉換效率高達75%以上,遠高于鉛酸電池的45%。
(4)壽命長:由于釩電池的正、負極活性物質只分別存在于正、負極電解液中,充放電時無其它電池常有的物相變化,可深度放電而不損傷電池,電池使用壽命長。加拿大VRBPowerSystems商業化示范運行時間最長的釩電池模塊已正常運行超過9年,充放循環壽命超過18000次,遠遠高于固定型鉛酸電池的1000次。
(5)響應速度快:釩電池堆里充滿電解液可在瞬間啟動,在運行過程中充放電狀態切換只需要0.02秒,響應速度1毫秒。
(6)可瞬間充電:通過更換電解液可實現釩電池瞬間充電。
(7)安全性高:釩電池無潛在的爆炸或著火危險,即使將正、負極電解液混合也無危險,只是電解液溫度略有升高。
(8)成本低:除離子膜外,釩電池部件多為廉價的碳材料、工程塑料,材料來源豐富,易回收,不需要貴金屬作電極催化劑,成本低。
(9)釩電池選址自由度大,可全自動封閉運行,無污染。
釩電池市場前景怎么樣?釩電池的工作原理及優缺點
2、釩電池缺陷
釩電池存在的技術問題主要有兩個,第一,釩電池正極液中的五價釩在靜置或溫度高于45攝氏度的情況下易析出五氧化二釩沉淀,析出的沉淀堵塞流道,包覆碳氈纖維,惡化電堆性能,直至電堆報廢,而電堆在長時間運行過程中電解液溫度很容易超過45攝氏度。第二,石墨極板要被正極液刻蝕,如果用戶操作得當,石墨板能使用兩年,如果用戶操作不當,一次充電就能讓石墨板完全刻蝕,電堆只能報廢。在正常使用情況下,每隔兩個月就要由專業人士進行一次維護,這種高頻次的維護費錢、費力。
另外,釩電池成本過高。以一個五千瓦電池為例,電解液(一立方,1.8mol/L)17萬、控制系統10萬、隔膜7萬、板框4萬、石墨板1.5萬、泵0.7萬、碳氈0.4萬,總共40.6萬,這只是主要材料成本,沒計入次要材料成本和人力成本。因此,一個五千瓦釩電池的成本在四十萬以上,高出相同規格鉛酸電池的成本數倍。
從環保的角度來說,釩電池壓根就不環保,配制電解液用到的原料、正極沉淀以及泄漏的正極液經風干后形成的薄層都有一樣相同東西,那就是五氧化二釩,它是一種劇毒化學品。
因此,釩電池還有很多問題需要解決,讓人無法樂觀的是,釩電池在國內被研究十多年來還沒有哪家科研機構取得了突破。
釩電池具有特殊的電池結構,具有可深度大電流密度放電、充電迅速、比能量高、價格低廉等特點,應用領域十分廣闊,如可作為大廈、機場、程控交換站備用電源,可作為太陽能等清潔發電系統的配套儲能裝置。
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