钒电池技术特点

(1)能量存储于电解液中，增加电解液储罐的体积或者提高电解液的浓度均可增加电池容量。即对于相同功率输出的钒电池，可根据需求任意调整容量。非常适合大容量储能应用;

(2) 输出功率由电池堆中参与反应的面积决定，可通过增加或减少单电池和不同电池组串连和并联调整满足不同功率需求，美国商业化示范运行的钒电池的功率已达6000kW;

(3) 充放电不涉及固相反应，电解液的理论使用寿命无限，可以长期使用。铅酸蓄电池充电过程中，溶液中的铅离子转化为固态氧化铅沉积在电极表面，放电过程中固态氧化铅电极重新溶解进入液相，充放电过程伴随极板物质的液相/固相转化。为了保证固态氧化铅电极晶型的稳定性，电池充放电程度需要严格控制;电极结构的变化导致电化学性能逐渐劣化，原理上决定了有限的充放电循环和电池寿命;

(4) 反应速度快，可在瞬间启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02秒，响应速度1毫秒;

(5) 理论充放电时间比为1:1(实际运行1.5-1.7:1)，支持频繁大电流充放电，深度充放电对电池寿命影响不大，充放电状态下电池正、负极活性物质均为液相，不会出现镍氢电池、锂离子电池等蓄电池因电极上枝状晶体的生长而将隔膜刺破导致电池短路的危险;

(6) 电池堆可与电解液相分离，存储于电解液中的能量可长期保存，不会因自放电损耗;

(7) 能量循环效率高，充放电能量转换效率达75%以上，远高于铅酸电池的45%。电解液在充放电过程中不消耗，重复充放电不影响电池容量;

(8) 能量的存储量可以精确地测量出来;

(9) 正负极使用同一种金属离子的电解液，避免了电解液交叉污染问题，提高了电池的效率和寿命;

(10) 电解液的流动性，可使电池组中各个单电池状态基本一致，可靠性高;

(11) 可以通过增加电解液或更换电解液的方式增加系统运行时间。通过更换电解液，可实现瞬间再充电，类似于汽车加油。

(12) 结构简单，更换和维修容易，使用费用低廉，维护工作量小;

(13) 可全自动封闭运行，无噪音，无污染，维护简单，运营成本低。

(14) 可以同时对系统充电和放电，充放电方式可以根据不同的应用需求进行调整。可以同时有一种或多种电输入，也可以输出多种电压。如可以用串联电池组的电压放电，而充电则可以在电池堆的另一部分用不同的电压进行。

(15) 系统使用寿命长，充放循环寿命可超过10000次，远远高于固定型铅酸电池的1000次。加拿大VRB Power Systems商业化示范运行时间最长的钒电池模块已正常运行超过9年，充放循环寿命超过18000次;

(16) 除离子膜外，材料价格便宜，来源丰富，不需要贵金属作电极催化剂，成本低。批量化生产后成本甚至低于铅酸电池;

(17) 电解液可长期使用，没有污染排放，对环境友好。

如下:单体数:10个电极面积:784cm2;

单体电池厚度:13mm;

电解液浓度:1.5M VOSO4+2M H2SO4;

电解液量:10L;

理论容量:200Ah;

最大充电电流:80A(电流密度102mA/cm2);

充电电压(50^充电状态):40A充电电压为15.0V，80A充电电压为16.5V;

充电容量:40Ah;

最大放电电流:80A(电流密度102mA/cm2);

放电电压(50^放电状态):40A放电电压为11.5V，80A放电电压为10V;

放电容量:30Ah;

充放电利用率:≥80^;

电堆最大功率:≥800W。

1.钒电池电解液全钒最初，电解液是将VOSO4直接溶解于H2SO4中制得，但由于VOSO4价格较高，人们开始把目光转向其它钒化合物如V2O5、NH4VO3等。目前制备电解液的方法主要有两种:混合加热制备法和电解法。其中混合加热法适合于制取lmol/L电解液，电解法可制取3~5mol/L的电解液。

2.钒电池隔膜

钒电池的隔膜必须抑制正负极电解液中不同价态的钒离子的交叉混合，而不阻碍氢离子通过隔膜，传递电荷。这就要求选用具有良好导电性和较好选择透过性的离子交换膜，最好选用允许氢离子通过的阳离子交换膜。电池隔膜一般都以阳离子交换膜为主，也有用Nafion膜(Dupont)的，但后者价格较贵。对阳离子交换膜进行处理，提高亲水性、选择透过性和增长使用寿命，是提高钒电池效率的途径之一。全氟磺酸型离子交换膜是由杜邦公司率先研制成功，并以Nafion为其商标，是目前性能最好的一种离子交换膜。

3.钒电池电极材料

全钒液流电池要达到大容量的储能，必须实现若干个单电池的串联或者并联，这样除了端电极外，基本所有的电极都要求制成双极化电极。由于V02+的强氧化性及硫酸的强酸性，作为钒电池的电极材料必须具备耐强氧化和强酸性，电阻低，导电性能好，机械强度高，电化学活性好等特点。钒电池电极材料主要分为三类:金属类，如Pb，Ti等;炭素类，如石墨、碳布、碳毡等;复合材料类，如导电聚合物、高分子复合材料等。

钒电池，全称是全钒液流电池(Vanadium Redox Flow Battery，VRB)，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。早在60年代，就有铁-铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过二十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型(相对于电动车用而言)钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入实用，并全力推进其商业化进程。

钒电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过外接泵把电解液压入电池堆体内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用质子交换膜作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。这个可逆的反应过程使钒电池顺利完成充电、放电和再充电。正极电解液由V(Ⅴ)和V(Ⅳ)离子溶液组成，负极电解液由V(Ⅲ)和V(Ⅱ)离子溶液组成，电池充电后，正极物质为V(Ⅴ)离子溶液，负极为V(Ⅱ)离子溶液，电池放电后，正、负极分别为V(Ⅳ)和V(Ⅲ)离子溶液，电池内部通过H+导电。V(Ⅴ)和V(Ⅳ)离子在酸性溶液中分别以VO2+离子和VO2+离子形式存在，故钒电池的正负极反应可表述如下: