全釩液流電池

1、全釩液流電池全釩液流電池 1 我國能源背景我國能源背景 能源，是與國民經濟可持續(xù)發(fā)展和國家安全緊密 相關的重大話題。當前，擺在我們面前的現實矛盾是一 直依賴的化石能源日益枯竭，且傳統(tǒng)能源利用方式引起 的環(huán)境惡化日趨嚴重。一個典型的例子是近年來霧霾天 氣在我國出現得日益頻繁，已經嚴重影響了國民健康， 這也使得人們對清潔能源的需求更為迫切。因此，節(jié)約 化石能源、提高化石能源利用效率、實現節(jié)能減排以及 研究開發(fā)和大規(guī)?？稍偕茉?，實現能源多樣化成為世 界各國能源發(fā)展戰(zhàn)略的共識。 1全釩液流電池 簡介 全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 液流電池是由美國科學家thallerl.h.于1974年提出的一

2、 種電化學儲能技術。根據發(fā)生反應的電對不同，液流電池可 以分為：全釩液流電池、鋅溴液流電池、多硫化鈉/溴液流電 池、鋅/鎳液流電池、半液流電池等。 3 全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 雖然各自的電化學體系不同，但都具備以下特點： 1.功率和容量相互獨立，輸出功率由電池模塊的大小和 數量決定，儲能容量由電解液的濃度和體積決定，故可實 現功率與容量的獨立設計； 2.能量轉化效率高，啟動速度快； 3.具有很強的過載能力和深度放電能力； 4.部件多為廉價的碳材料、工程塑料，材料來源豐富， 易于回收。 全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 全釩液流電池（Vanadium Redox Flow Batt

3、ery， VRB），簡稱是釩電池，是一種活性物質呈循環(huán)流動液態(tài) 的氧化還原電池。VRB具備充放電可逆性高、循環(huán)壽命長、 能量轉換效率高、正負極電解質無交叉污染和容易規(guī)模 化等優(yōu)點。同時顯示了較大的成本優(yōu)勢，建設周期短， 系統(tǒng)運行和維護費用低，特別是具有運行安全和環(huán)境友 好的特點。 全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 釩電池系統(tǒng)可以廣泛用于太陽能和風能發(fā)電的儲能 設備、大型應急電源系統(tǒng)、電站儲能和電力系統(tǒng)的削峰 填谷、負載調平等方面。目前釩電池在國外已經獲得了 長足的發(fā)展，一些商業(yè)化示范工程也已經建立并穩(wěn)定運 行。 4 全釩液流電池全釩液流電池 簡介簡介 應用案例1 遼寧臥牛石風電場全釩液流電池

4、 儲能示范電站于2012年5月動工，建設 在風電場升壓站內，在2013年2月22日， 風電場5000千瓦2小時全釩液流電池 儲能示范電站一次送電成功，標志著遼 寧電網首座電池儲能示范項目的正式并 網。 2全釩液流電池 工作原理 4 全釩液流電池全釩液流電池 工作原工作原 理理 釩電池的電能是以化學能的方式存儲在不同 價態(tài)釩離子的硫酸電解液中，通過外接泵把電解液 壓入電池堆體內，在機械動力作用下，使其在不同 的儲液罐和半電池的閉合回路中循環(huán)流動，采用質 子交換膜作為電池組的隔膜，電解質溶液平行流過 電極表面并發(fā)生電化學反應，通過雙電極板收集和 傳導電流，從而使得儲存在溶液中的化學能轉換成 電能。

5、 4 全釩液流電池全釩液流電池 工作原工作原 理理 釩屬于B 族元素，化學性質活躍，呈現多種價態(tài)。VRB就是以釩離子的不 同價態(tài)的溶液為電解液，使其在正負極板上發(fā)生可逆反應，得以順利完成充電、 放電和再充電過程。正極電解液由V5+和V4+離子溶液組成，負極電解液由V3+和V2+ 離子溶液組成，電池充電后，正極物質為V5+離子溶液，負極為V2+離子溶液，電 池放電后，正、負極分別為V4+和V3+離子溶液，電池內部通過H+導電。V5+和V4+離 子在酸性溶液中分別以VO2+離子和VO2+離子形式存在。 VRB正負極板發(fā)生以下反應： 正極：VO2+2H+e- VO2+H2O 負極：V2+ V3+e-

6、 電池反應：VO2+2H+V2+ VO2+H2O+V3+ 4 全釩液流電池全釩液流電池 工作原理工作原理 VRB示意圖 V3+/V2+V5+/V4+ 3全釩液流電池 特點 a. 適合大容量儲能 b.VRB使用壽命長 c. 自放電現象微弱 d. VRB環(huán)境友好 f. 啟動速度快 g. VRB的部件成本低 h. 保障軟件性能和質量 i.充放電性能好 全釩液流電池 特點 e. VRB安全性高 j. 能量效率高，性價比 非常高 優(yōu)勢優(yōu)勢 4 全釩液流電池全釩液流電池 特點特點 目前VRB的劣勢: 1.能量密度低，目前先進的產品能量密度大概只有40Wh/kg。鉛酸 電池大概有35Wh/kg。 2.因為能

7、量密度低，又是液流電池，所以占地面積大。 3.目前國際先進水平的工作溫度范圍為 5 和 45C，過高或過 低都需要調節(jié)。 4全釩液流電池 關鍵技術 電堆技術 電解液技術 控制技術 系統(tǒng)集成技術 1212 全釩液流電池全釩液流電池 關鍵技術關鍵技術 4 全釩液流電池全釩液流電池 關鍵技術關鍵技術 電 堆 技 術 離子交換膜 電極材料 雙極板 電堆的流場技術 密封技術 耐腐蝕，壽命長 離子交換能力好，電池效率高 一致性要好 硬石墨 軟石墨 石墨板 導電塑料 石墨氈 碳氈 4 全釩液流電池全釩液流電池 關鍵技術關鍵技術 電解液技術 在氧化還原流體電池里，能量是通過稱為電解液的工作流體化 學變化進行儲

8、存的，流體內所包含的可溶性物質可以通過電化學氧 化或還原來儲存能量。 電解液決定了VRB的儲電量，也是釩電池成本的重要組成部分。 電解液技術的關鍵在于以下幾個方面，如配方配方、制備方法制備方法、純度純度 以及成本成本等。 電解液的原材料最初是由VOSO4直接溶解得到的，但是 VOSO4價 格貴，電池成本高，難以大規(guī)模應用。后來選用V V2 2O O5 5通過化學還原化學還原 法法和電解法電解法制備電解液，其可滿足電解液的要求 4 全釩液流電池全釩液流電池 關鍵技術關鍵技術 控制技術 VRB的控制系統(tǒng)對于釩電池長期穩(wěn)定運行相當關鍵。包括： 電解液的溫度、流量，流量分配，充放電電壓、電流等。相對

9、于燃料電池的控制系統(tǒng)，釩電池的控制系統(tǒng)要求相對比較簡單。 系統(tǒng)集成技術 首先是釩電池系統(tǒng)各主要部件的選擇和應用集成技術。包 括泵的選擇，管路、閥門、控制器等，要能夠長期穩(wěn)定支持釩 電池系統(tǒng)運行；另一部分是如充電機、大功率系統(tǒng)的電流、電 壓控制器，與風力發(fā)電的集成控制，與太陽能發(fā)電的集成控制 等。其中VRB選用的是蠕動泵蠕動泵，它的優(yōu)點是液流不接觸泵體， 只在泵管內流動，不會污染液體，腐蝕泵；密封、穩(wěn)定性 好，可空轉，防止回流；維護只用更換泵管，無閥門和密 封件，可以保證支持全釩液流電池系統(tǒng)長期穩(wěn)定的運行。 5全釩液流電池 發(fā)展現狀 13 全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現發(fā)展現 狀狀 1KW全釩液流電池詳細參數 全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現發(fā)展現 狀狀 目前世界上比較知名的全釩液流電池生產公司主要有加拿大的VRB Power Systems公司，以下是其建立的商用全釩液流電池系統(tǒng)。 全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現發(fā)展現 狀狀 還有日本住友電工（SEI）公司，其建立的商用全釩液流電池系統(tǒng)如下： 全釩液流電池全釩液流電池 發(fā)展現發(fā)展現 狀狀 中國工程物理研究院電子工程研