全钒液流电池

1、LOGO 全钒液流电池 Contents 全钒液流电池的工作原理全钒液流电池的工作原理2 全钒液流电池的特点全钒液流电池的特点3 全钒液流电池的关键材料全钒液流电池的关键材料4 全钒液流电池的发展状况全钒液流电池的发展状况5 全钒液流电池的简介全钒液流电池的简介1 我国电能资源的我国电能资源的开发和开发和利用利用 随着国民经济的快速发展以及不断增长的能源需求，能源问 题已经成为制约我国经济发展和国家安全的重大问题。特别是 夏季的华东华南地区，电力供应难以为继，屡屡出现限电事件。 而另一方面，传统发电方式，譬如水电、火电等日趋饱和，除 了核电，再难有增加的潜力电能是信息社会最重要的、必不可 缺的

2、二次能源,是经济可持续发展的保障。风能、太阳能和潮汐 能等可再生能源被认为是未来电能的有效来源,在世界范围内正 日益得到关注。 该三种能源被认为是未来电能的主要来源，但是它们在电力 供应方面严重受制于气候、天气、地理条件等因素的影响。以 风电为例，受风力大小、风向等影响大，导致其稳定性、可靠 性、可控性差。而储能可以对其进行有功无功支持，很好的改 善风电电力波动大等问题，提高电能质量。 我国电能资源的开发和利用我国电能资源的开发和利用 液流电池作为新型的蓄电储能装置，不仅可以作为太阳 能、风能发电系统的配套储能设备，还可以作为电网的调 峰装置，提高输电质量，保障电网安全。利用化学电源进 行蓄电

3、储能，可以不受地理条件限制，有望实现大规模储 能，具有重大社会经济价值。 全钒液流电池的简介全钒液流电池的简介 全钒液流电池（简称VRB）具备能量转换效率高，可达 70%80%，蓄电容量大，可达百兆瓦时，理论寿命长，功 率与容量相互独立电池的大部分部件、材料科循环使用， 显示了较大的成本优势，建设周期短，系统运行和维护费 用低，特别是具有运行安全和环境友好的特点。 全钒液流电池的工作原理全钒液流电池的工作原理 VRB以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子 为正负极电极反应活性物质. 电池正负极之间以离子交换膜分隔成彼此相互独立的两 室，正极为VO2+/VO2+，负极为V2+/V3+ VR

4、B放电时发生以下反应： 正极：VO2+2H+e-VO2+H2O E0=1.00V 负极：V2+V3+e- E=-0.26V 电池反应：VO2+2H+V2+VO2+H2O+V3+ E0=1.26V 全钒液流电池的特点全钒液流电池的特点 VRB具有以下优点： （1）额定容量和额定功率容量相互独立，容量取决于电解液浓度和体积， 功率取决于电堆的尺寸，用户可根据需要调整电池容量或功率，规模储能 利用的正是此特点； （2）活性物质以离子状态存在于液体中，充放电时不发生相变或形态改 变，避免了常规电池体系中经常发生的活性物质脱落和短路现象，理论上 活性物质寿命无限长，可进行深度充放电； （3）正负极活性物

5、质均为钒离子，不会发生电解液交叉污染导致电池过 早失效的现象； （4）电池工作时电解液处于流动状态，浓差极化小，可深度放电而不对 电池造成损伤； （5）钒离子的电化学可逆性高、电化学极化小、功率密度高，适合大电 流快速充放电； （6）启动快，可通过更换电解液实现瞬间充电；自放电小，年自放电低 于10，充放电转化效率高，电流效率可达90以上； (7) 电池结构简单，材料价格便宜，更换和维修费用低。 全钒液流电池的关键材料全钒液流电池的关键材料 电电 极极 材材 料料 电极是VRB 关键部件之一, 是电池电化学反应发生的场所。 VRB 对电极材料的要求是： 1、对电池正、负极电化学反应有较高的活性

6、, 降低电极反应 的活化过电位； 2、优异的导电能力, 减少充放电过程中电池的欧姆极化； 3、较好的三维立体结构,便于电解液流动, 减少电池工作时 输送电解液的泵耗损失； 4、较高的化学及电化学稳定性, 延长电池的使用寿命。 到目前为止研究过的VRB 电极材料主要有金属类电 极、碳素类电极和复合类电极三类。 全钒液流电池的关键材料全钒液流电池的关键材料 三三 种种 电电 极极 材材 料料 金属类电极（Ti、Au和氧化铱DSA等）的电化学活 性一般，稳定性较好，但是价格昂贵，不适合大规模应用。 碳素类电极（石墨板和石墨毡等）价格较便宜，经 过表面修饰改性后具有一定的可逆性，但容易被电解液刻 蚀而

7、逐渐失去活性，必须对电极进行表面处理，提高电化 学活性，延长电极寿命。 复合类电极是在导电塑料板的一面贴上集流板(金 属板)，另一面贴石墨毡构成的，具有导电性、不透液性 和稳定性好，制造成本低，重量轻，易于加工成型特点。 全钒液流电池的关键材料全钒液流电池的关键材料 电电 解解 液液 电解液是VRB 电化学反应的活性物质,是电能的载体,其性能 的好坏对电池性能有直接影响。理论上电解液可由VOSO4直接溶 解配制,但此法成本较高。实际可行的制备方法是基于V2O5 的还 原溶解,包括化学法和电解法。化学法产率低, 所加入的添加剂 完全去除困难. 随着VRB 技术的发展, 电解法已逐渐成为VRB 电

8、解液制备的主要方法。 电解液的影响因素：电解液的影响因素： 电解质浓度：当电解质浓度增大，电池电压升高，单位体积电池的能量 大，但其粘度和电阻加大。溶液中V最佳浓度为1.52.0mol/L，硫酸浓度为 3mol/L。 温度：大多数公司产品的使用温度范围是1535。 全钒液流电池的关键材料全钒液流电池的关键材料 隔隔 膜膜 隔膜是影响VRB寿命的最关键因素，VRB中正负电极由离子 交换膜隔开，充放电时电池内部通过电解液中阳离子（主要 为H+）的定向移动而导通。离子有选择地通过离子交换膜， 防止电极间活性物质交叉污染、电池短路和两个半电池间的 水迁移。 隔膜必须同时具备以下性能： 1）高离子选择性

9、，即钒离子透过率低、交叉污染小，H+离子透过率高； 2）高离子传导率，即离子在膜内的传递速率要快，离子在膜中的迁移速率 决定了电池充放电电流的大小； 3）良好的化学稳定性，隔膜性能越稳定，VRB使用寿命越长。 常见离子交换膜主要有两类，即常见离子交换膜主要有两类，即NafionNafion膜和聚烯烃类膜。膜和聚烯烃类膜。 全钒液流电池的发展状况全钒液流电池的发展状况 我国的全钒液流电池研究始于1995年，中国工程物理研究院电 子工程研究所率先在国内展开VRB电池的研究，并先后研制成功500W、 1KW 的样机，拥有电解质溶液制备、导电塑料成型等专利。 2006年大连化物所研制出额定输出功率10KW，最大放电功率 23.9KW的VRB系统，在电极设计制备、电解质溶液分配、电池组公用 管道设计、电池组装及系统设计与集成技术、容量衰减机理、电池容 量的稳定性、大功率电池模块结构的设计和优化等方面均取得进展， 并通过国家科技部验收。 此外，日本开发的聚砜阴离子