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钒电池发展概况 2011 年06 月 30 日 作者：周立恒 孟琳 来源：《化学与物理电源系统》总第 22 期 编辑：孙伟 摘要：摘要：随着传统能源的日渐枯竭以及相应的环境问题，风能，太阳能等可再生能源的利用引起人们广泛的关注并得到快速发 摘要摘要：： 展，同时为保证可再生能源的稳定供电，克服其固有问题，越来越多的蓄电储能技术得到开发及使用，其中液流电池作为大 规模储能技术的一种解决方案，近年来也取得很大进展。全钒液流电池作为最具代表性的一种液流电池类型近年来成为研究 热点。本文较全面的介绍了全钒液流电池及其发展的概况。 11 钒电池技术钒电池技术概况概况：： 11 钒电池技术钒电池技术概况概况：： 1.1 1.1 液流电池简介液流电池简介 1.1 1.1 液流电池简介液流电池简介 随着传统能源的日渐枯竭以及相应的环境问题，风能，太阳能等可再生能源的利用引起人们广泛的关注并得到快速发展， 同时为保证可再生能源的稳定供电，克服其固有问题，越来越多的蓄电储能技术得到开发及使用，其中液流电池作为大规模 储能技术的一种解决方案，近年来也取得很大进展。 同传统电池相比同传统电池相比，，液流电池有以下特点液流电池有以下特点：： 同传统电池相比同传统电池相比，，液流电池有以下特点液流电池有以下特点：： 液流电池的容量与功率相对比较独立，一般来说传统电池的容量及功率是相互关联的，如果想提高其中一个，另外一个 相应也需要相应提高；对于液流电池来说，其容量由电解液罐体容积决定，功率由电堆规模和尺寸决定。也就是说液流电池 可以通过增加液罐及电解液体积来增加容量，通过增加电堆或扩大电堆尺寸来增大系统功率； 液流电池具有相对长的循环寿命，常规的电池中的固体电极在循环过程中需承受机械及热应力，从而使寿命缩短；而液 流电池中的活性反应物质主要集中于电解液中，不会发生老化； 液流电池使主动的热管理变得可行。常规电池通过被动的热传导来绝热，会导致电池内部的高温，从而影响电池的性能 以及组分的寿命，对于液流电池来说，流动的电解液可作为冷媒，从而使系统具有主动的冷却装置，使电化学组件获得更长 寿命； 双极性电池设计使液流电池更加实用。在双极性设计中，一个单电池的正极同时作为下一单电池的负极使用，从而在接 触电阻最小化的情况下建立起高电压电堆。这种设计在常规电池技术中很难实现，因为共享电解液导致漏电流的产生，同时 在放电时小容量的单体电池会被反充。液流电池的容量不受电池尺寸的限制，漏电流问题可以通过其他方法克服； 液流电池的 DC 循环效率会比常规电池略高，部分原因在于可以在很宽的 SOC 区间内使用，通过有效的热管理系统，可以 和放电速度等倍率的进行快速充电； 液流电池比常规电池更不容易受到过充，欠充以及部分充放电循环（PSOC）的影响，使得操作运行更为便利； 液流电池中的电解液可以在系统层面上进行管理，传统电池中，电解液必须在单节电池中进行管理，对每节电池需要进 行定期巡检，确定液位和浓度在所规定的运行参数标准内，增加了人力及时间成本。在液流电池里，电解液可以在整个电池 系统统一的进行监测和管理，因为所有的单电池均共同使用相同的电解液； 同时液流电池也存在一些缺点： 液流电池里含有的循环泵及管路系统，使其与传统电池相比略显复杂，同时增加了成本，并对可靠性可能会产生影响； 外加的管路系统以及连接件意味着液流电池与传统电池相比更容易产生泄漏，因此必须要仔细考虑与体系所含有的电解 液的安全与环境问题； 所需的附属设备，如泵，热交换器等，增加了初始成本以及后期的更换成本； 附属设备由于维持液体流动所占有的功率将会降低电池的能量效率； 由于电解液通过并联管路进入在电路上形成串联的各单电池腔，因此各单电池之间形成的漏电流可能会导致效率的降低； 1.21.2 钒电池概述 钒电池概述 1.21.2钒电池概述钒电池概述 1.2.1 1.2.1 基本原理基本原理 1.2.1 1.2.1 基本原理基本原理 全钒液流电池作为最具代表性的一种液流电池类型近年来成为研究热点，基于不同价态的钒离子在酸性介质下的两个不 同的反应所形成的电极反应对运行，钒离子具有+2，+3，+4，+5 四个价态且都可稳定存在，这几种钒离