全钒液流电池基础知识

全钒液流电池1我国能源背景能源，是与国民经济可持续发展和国家安全紧密相关的重大话题。当前，摆在我们面前的现实矛盾是一直依赖的化石能源日益枯竭，且传统能源利用方式引起的环境恶化日趋严重。一个典型的例子是近年来雾霾天气在我国出现得日益频繁，已经严重影响了国民健康，这也使得人们对清洁能源的需求更为迫切。因此，节约化石能源、提高化石能源利用效率、实现节能减排以及研究开发和大规模可再生能源，实现能源多样化成为世界各国能源发展战略的共识。1全钒液流电池简介全钒液流电池简介液流电池是由美国科学家thallerl.h.于1974年提出的一种电化学储能技术。根据发生反应的电对不同，液流电池可以分为：全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池、半液流电池等。3全钒液流电池简介虽然各自的电化学体系不同，但都具备以下特点：1.功率和容量相互独立，输出功率由电池模块的大小和数量决定，储能容量由电解液的浓度和体积决定，故可实现功率与容量的独立设计；2.能量转化效率高，启动速度快；3.具有很强的过载能力和深度放电能力；4.部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富，易于回收。全钒液流电池简介全钒液流电池（VanadiumRedoxFlowBattery，VRB），简称是钒电池，是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。VRB具备充放电可逆性高、循环寿命长、能量转换效率高、正负极电解质无交叉污染和容易规模化等优点。同时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。全钒液流电池简介钒电池系统可以广泛用于太阳能和风能发电的储能设备、大型应急电源系统、电站储能和电力系统的削峰填谷、负载调平等方面。目前钒电池在国外已经获得了长足的发展，一些商业化示范工程也已经建立并稳定运行。4全钒液流电池简介应用案例1辽宁卧牛石风电场全钒液流电池储能示范电站于2012年5月动工，建设在风电场升压站内，在2013年2月22日，风电场5000千瓦×2小时全钒液流电池储能示范电站一次送电成功，标志着辽宁电网首座电池储能示范项目的正式并网。2全钒液流电池工作原理4全钒液流电池工作原理钒电池的电能是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。4全钒液流电池工作原理钒属于ⅤB族元素，化学性质活跃，呈现多种价态。VRB就是以钒离子的不同价态的溶液为电解液，使其在正负极板上发生可逆反应，得以顺利完成充电、放电和再充电过程。正极电解液由V5+和V4+离子溶液组成，负极电解液由V3+和V2+离子溶液组成，电池充电后，正极物质为V5+离子溶液，负极为V2+离子溶液，电池放电后，正、负极分别为V4+和V3+离子溶液，电池内部通过H+导电。V5+和V4+离子在酸性溶液中分别以VO2+离子和VO2+离子形式存在。VRB正负极板发生以下反应：正极：VO2++2H++e-VO2++H2O负极：V2+V3++e-电池反应：VO2++2H++V2+VO2++H2O+V3+4全钒液流电池工作原理VRB示意图V3+/V2+V5+/V4+3全钒液流电池特点a.适合大容量储能b.VRB使用寿命长c.自放电现象微弱d.VRB环境友好f.启动速度快g.VRB的部件成本低h.保障软件性能和质量i.充放电性能好全钒液流电池特点e.VRB安全性高j.能量效率高，性价比非常高优势4全钒液流电池特点目前VRB的劣势:1.能量密度低，目前先进的产品能量密度大概只有40Wh/kg。铅酸电池大概有35Wh/kg。2.因为能量密度低，又是液流电池，所以占地面积大。3.目前国际先进水平的工作温度范围为5°和45°C，过高或过低都需要调节。4全钒液流电池关键技术电堆技术电解液技术控制技术系统集成技术12全钒液流电池关键技术4全钒液流电池关键技术①电堆技术离子交换膜电极材料双极板电堆的流场技术密封技术耐腐蚀，寿命长离子交换能力好，电池效率高一致性要好硬石墨软石墨石墨板导电塑料石墨毡碳毡4全钒液流电池关键技术②电解液技术在氧化还原流体电池里，能量是通过称为电解液的工作流体化学变化进行储存的，流体内所包含的可溶性物质可以通过电化学氧化或还原来储存能量。电解液决定了VRB的储电量，也是钒电池成本的重要组成部分。电解液技术的关键在于以下几个方面，如配方、制备方法、纯度以及成本等。电解液的原材料最初是由VOSO4直接溶解得到的，但是VOSO4价格贵，电池成本高，难以大规模应用。后来选用V2O5通过化学还原法和电解法制备电解液，其可满足电解液的要求4全钒液流电池关键技术③控制技术VRB的控制系统对于钒电池长期稳定运行相当关键。包括：电解液的温度、流量，流量分配，充放电电压、电流等。相对于燃料电池的控制系统，钒电池的控制系统要求相对比较简单。④系统集成技术首先是钒电池系统各主要部件的选择和应用集成技术。包括泵的选择，管路、阀门、控制器等，要能够长期稳定支持钒电池系统运行；另一部分是如充电机、大功率系统的电流、电压控制器，与风力发电的集成控制，与太阳能发电的集成控制等。其中VRB选用的是蠕动泵，它的优点是液流不接触泵体，只在泵管内流动，不会污染液体，腐蚀泵；密封、稳定性好，可空转，防止回流；维护只用更换泵管，无阀门和密封件，可以保证支持全钒液流电池系统长期稳定的运行。5全钒液流电池发展现状13全钒液流电池发展现状1KW全钒液流电池详细参数全钒液流电池发展现状目前世界上比较知名的全钒液流电池生产公司主要有加拿大的VRBPowerSystems公司，以下是其建立的商用全钒液流电池系统。全钒液流电池发展现状还有日本住友电工（SEI）公司，其建立的商用全钒液流电池系统如下：全钒液流电池发展现状中国工程物理研究院电子工程研究所在1995年首先在国内展开VRB电池的研究，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3月中国科学院大连化学物理研究所研发成功10kW试验电堆，并通过国家科技部验收，标志着我国的全钒液流电池系统取得阶段性进步。我国VRB研究情况如下：谢谢观看！