一、釩電池發(fā)展?fàn)顩r
國(guó)外發(fā)展早在60年代，就有鐵—鉻體系的氧化還原電池問(wèn)世，但是釩系的氧化還原電池是在1985年由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Marria Kacos提出，經(jīng)過(guò)十多年的研發(fā)，釩電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。在日本，用于電站調(diào)峰和風(fēng)力儲(chǔ)能的固定型(相對(duì)于電動(dòng)車(chē)用而言)釩電池發(fā)展迅速，大功率的釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已投入實(shí)用，并全力推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。
從1995年中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所首先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始釩電池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W、1kW的釩電池樣機(jī)，在釩電池的關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。成功開(kāi)發(fā)了四價(jià)釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、中型電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。擁有電解質(zhì)溶液制備、導(dǎo)電塑料成型等專(zhuān)利。1998年，500w的釩電池樣機(jī)用于電瓶車(chē)的驅(qū)動(dòng)�，F(xiàn)已研制出800W的產(chǎn)品樣機(jī)。
2006年3月中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研發(fā)成功10 kW試驗(yàn)電堆，并通過(guò)國(guó)家科技部驗(yàn)收，標(biāo)志著我國(guó)的全釩液流電池系統(tǒng)取得階段性進(jìn)步。清華大學(xué)利用在膜分離功能材料制備、膜過(guò)程與設(shè)備設(shè)計(jì)等方面近二十年的研究經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)積累，以及電解質(zhì)溶液熱力學(xué)、功能膜材料物理化學(xué)、化工過(guò)程傳質(zhì)學(xué)的豐富理論研究成果，在電堆流道設(shè)計(jì)、電堆密封結(jié)構(gòu)、鎖緊方式方面取得研究成果，已經(jīng)申報(bào)3項(xiàng)專(zhuān)利。并研發(fā)成功全釩液流電池測(cè)試平臺(tái)。
二、釩電池工作原理
釩電池(VRB)是一種可以流動(dòng)的電池，目前正在逐步進(jìn)入商用化階段。VRB作為一種化學(xué)的能源存儲(chǔ)技術(shù)，和傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池相比，它在設(shè)計(jì)上有許多獨(dú)特之處，性能上也適用于多種工業(yè)場(chǎng)合，比如可以替代油機(jī)、備用電源等。利用VRB技術(shù)設(shè)計(jì)制造的VESS系統(tǒng)(VanadiumEnergy Storage System，即釩能源存儲(chǔ)系統(tǒng))，其設(shè)計(jì)和操作特性在VRB的基礎(chǔ)之上被優(yōu)化，而且集成了許多自動(dòng)化的智能控制和用于管理操作的電子裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，釩電池將存儲(chǔ)在電解波中的能量轉(zhuǎn)換為電能，這是通過(guò)兩個(gè)不同類(lèi)型的、被一層隔膜隔開(kāi)的釩離子之間交換電子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電解液是由硫酸和釩混合而成的，酸性和傳統(tǒng)的鉛酸電池一樣。由于這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)是可逆的，所以VRB電池既可以充電，也可以放電。充放電時(shí)隨著兩種釩離子濃度的變化，電能和化學(xué)能能相互轉(zhuǎn)換。 VRB電池由兩個(gè)電解液地和一層層的電池單元組成。電解液地用于盛兩種不同的電解液。每個(gè)電池單元由兩個(gè)“半單元”組成，中間夾著隔膜和用于收集電流的電極。兩個(gè)不同的“半單元”中盛放著不同離子形態(tài)的釩的電解液。每個(gè)電解液池配有一個(gè)泵，用于在封閉的管道中為每一個(gè)“半單元”輸送電解液。當(dāng)帶電的電解液在一層層的電池單元中流動(dòng)時(shí)，電子就流動(dòng)到外部電路，這就是放電過(guò)程。當(dāng)從外部將電子輸送到電池內(nèi)部時(shí)，相反的過(guò)程就發(fā)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(gè)電池單元間流動(dòng)，電壓是各單元電壓串聯(lián)形成的。標(biāo)稱電壓是1.2V。電流密度由電池單元內(nèi)電流收集極的表面積決定，但是電流的供應(yīng)取決于電解液在電池單元間的流動(dòng)，而不是電池層本身。VRB電池技術(shù)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)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(tǒng)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(qiáng)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(lái)講，不同等級(jí)的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過(guò)提供足夠的電解液來(lái)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(lián)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(jìn)行。
VESS是把VRB集成起來(lái)的、一個(gè)實(shí)用的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用的專(zhuān)家控制技術(shù)，可以使操作管理、容量管理、日常維護(hù)、糾錯(cuò)處理、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和外部通信自動(dòng)化。 VESS放棄了在傳統(tǒng)的備用能源中常用的如充電、放電、線電壓等概念，而以能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移的概念來(lái)代替。 VESS在通信中應(yīng)用的一個(gè)主要特征：VESS可以對(duì)現(xiàn)有的通信動(dòng)力基礎(chǔ)設(shè)施做出更有利的使用，而且可以考慮在新的無(wú)污染的通信應(yīng)用中引入能源存儲(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)施。
三、釩電池主要優(yōu)點(diǎn)
和許多傳統(tǒng)的、二次電池技術(shù)相比，VRB在成本上很有競(jìng)爭(zhēng)性，而且以前認(rèn)為采用鉛酸電池技術(shù)會(huì)很貴或不可能實(shí)現(xiàn)的一些應(yīng)用，現(xiàn)在用VESS就可以很容易實(shí)現(xiàn)。因此對(duì)于現(xiàn)在的直流電源系統(tǒng)，VESS是一種很理想的替代品。 VESS電池的容量只需用油量表就可以知道，并且能量存儲(chǔ)的成本很低，所以它在通信應(yīng)用中的前景是很誘人的。另外，VESS的能量存儲(chǔ)輕便，并且存儲(chǔ)和使用相互獨(dú)立，所以可以用在通信應(yīng)用的特定場(chǎng)合。替代油機(jī)。通信動(dòng)力系統(tǒng)中通常都使用柴油發(fā)電機(jī)，以便在停電時(shí)提供長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)力。當(dāng)油機(jī)啟動(dòng)和預(yù)熱時(shí)，通常需要一個(gè)電池來(lái)提供短時(shí)間的動(dòng)力。在通信站還經(jīng)常使用UPS來(lái)提供交流不間斷和直流不間斷電源，兩者都需要一個(gè)單獨(dú)的電池。一些小站口使用一個(gè)電池供應(yīng)不間斷的直流電源，不間斷交流電源則通過(guò)逆變需得到。備用系統(tǒng)的油機(jī)在動(dòng)力系統(tǒng)的投資中占了很大一部分，而且需要持續(xù)不斷的機(jī)械維護(hù)以保證其可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，油機(jī)的利用率很低，因此其單位時(shí)間的使用成本是比較高的。而基于VESS的新系統(tǒng)則有潛力替代動(dòng)力系統(tǒng)中的油機(jī)，為UPS和高可靠性的直流電源提供總的、多功能的能量存儲(chǔ)解決方案。替代太陽(yáng)能電池。一些通信管理部門(mén)維護(hù)著巨大的、地理分布很廣的太陽(yáng)能電池供電的通信網(wǎng)絡(luò)。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)零件通常是鉛酸電池，這需要的維護(hù)量很大。VESS有潛力替代太陽(yáng)能電池，減少成本，提高生產(chǎn)率。（南方財(cái)富網(wǎng)個(gè)股頻道）
（責(zé)任編輯：張曉軒）