全钒液流电池的特点

如题所述

全钒氧化还原液流电池的优缺点:
1.应用范围广

可用于风电市场、国家电网调峰、新能源电动汽车电源、ups电源和EpS应急电源、配电、特种蓄电池和光伏发电。

2.灵活的设计理念,良好的充放电性能和高容量。

钒电池的功能非常灵活,功率和体积都可以独立设计。额定功率的关键在于电堆,可以通过改变单电池数量或电极面积来提高。体积的重要关键是钒离子的量,可以通过提高电解液的体积和钒离子的浓度来构建。

3.该系统可全自动封闭运行,制造成本低,环保无污染。

对环境具有高自然适应性的电池的性能受环境温度的影响较小。当环境温度完全恢复时,电池容量也可以完全恢复。该系统可在全自动封闭模式下工作,不会产生有机气体和废电解液。

4.不像锂离子电池那么容易引起爆炸,安全性高。

戒备森严。由于其活性物质存在于电解液中,不会引起图像变化,可以深度放电,不影响电池寿命。此外,反应过程中不会产生H2等气体,不存在爆炸危险和短路故障。

5.高能效、高性价比、长寿命

长寿。深度放电循环性能强,过放电后再充电即可轻松完全恢复容量,超深度放电不会对电池造成不可逆的损伤。

缺点:1.储能技术成本太高,难以大规模应用。

全钒氧化还原液流电池储能技术成本还是比较高的。这给大规模应用带来了困难。

2.技术生产工艺不稳定,漏技术没有攻克。

钒液流电池还受到电解液、离子交换膜等重要材料的制约。最终会有多大的进步取决于技术和市场。

全钒液流电池的发展前景作为储能领域的新秀,为什么全钒氧化还原液流电池会受到如此多的关注?全钒氧化还原液流电池未来发展前景如何?为此,记者采访了多位业内人士。

安全性和可回收利用的优势显而易见。

全钒氧化还原液流电池通过不同价态的钒离子的相互转化,实现储存和释放化学能的充放电过程。不同于目前储能电站的主流电池——采用非水电解液的锂离子电池,由于全钒液流电池的电解液离子存在于水溶液中,过热爆炸的可能性大大降低,液流电池的安全性能使其在电池领域脱颖而出。

“坦率地说,锂离子电池仍然面临着安全问题的挑战。锂离子引发的爆炸事故不仅仅是经济损失的问题,更是严重的人身伤害。”中科院大连化物所清洁能源国家实验室储能技术研究部主任张华敏说,“但全钒电池是稀硫酸和钒的水溶液,只要管理得当,不存在爆炸的危险。”

北京普能世纪科技有限公司在全国多地建设了全钒液流电池储能项目。该公司亚太区经理邝振仁告诉记者,“与锂离子电池相比,全钒氧化还原液流电池具有突出的特点。最大的特点就是安全。全钒氧化还原液流电池可以做到兆瓦级和百兆瓦级。做电动车规模的锂离子电池更合适,但是做大了就没那么安全了。”

同时,张华敏指出,全钒氧化还原液流电池的另一个优势是其电解液在废物回收后可以重复使用。近年来,随着电动汽车产业的扩大,大量废弃的锂离子电池因重金属镍和钴而不得不进行大规模回收,这已成为行业内亟待解决的问题。而全钒氧化还原液流电池的充放电主要是由于钒离子价态的变化。张华敏指出,“电解液在充放电过程中不会产生杂质和环境污染物,回收的电解液经过处理后仍具有使用价值,相当于一种可以保值的‘半永久’产品。”

值得一提的是,全钒氧化还原液流电池除了具有安全、可循环利用的优势外,寿命周期相对更长,目前建设的储能电站使用寿命可达15年左右。“全钒氧化还原液流电池储能电站建设成本较高,但千瓦时电成本可能低于锂离子电池。”匡仁说。原材料成本波动。虽然全钒液流电池具有突出的优势,但作为稀有金属,钒的原料成本是限制全钒液流电池发展的重要因素。据了解,钒通常以化合物的形式存在于地壳中,其重要分布区域为中国、俄罗斯和南非,其中中国的钒资源约占全球总量的1/3。“在材料掌握上,全钒液流电池的关键材料钒在国内具有矿山产区优势,因此具有开发价值。”咨询公司EnergyTrend的研究经理卢说。事实上,钒的用途非常广泛,最重要的应用是在钢铁工业中。作为铁的合金元素,钒可以提高钢的硬度。早在2012年,国家发改委就发布了《钒钛资源综合利用及产业发展“十二五”规划》,提出了提高资源利用水平、淘汰落后产能的要求。“2018年钒的表现非常突出,一度涨到2017年价格的5、6倍。”匡仁说。之所以出现如此大幅的上涨,业内分析认为,一是因为2018年国家提高钢标,使得原料钒的需求大幅增加;二是由于国家环保政策“一刀切”,部分钒矿因环保不达标而关停,导致钒供应量减少。据记者了解,目前全钒液流电池储能电站的成本中,钒电解液的成本占到60%以上。“如果钒的价格能回到正常水平,降低成本将非常重要。”不过,钒的价格上涨也带动了钒矿开发商的热情。从市场来看,钒的供应近期有所回暖。邝振仁说,“从2018年底开始,钒的价格下降了。预测2019年钒价将继续下行,但未来仍要看政策和市场的综合表现。”产业链的形成还需要时间。资料显示,近年来全钒氧化还原液流电池的电成本大幅下降。2015年全钒液流电池储能电站电费约4500元。据预测,到2020年,电费将降至2000元。随着电池成本降低,技术优势明显,全钒液流电池离规模化发展还有多远?“全钒氧化还原液流电池研发时间比较短。目前国家对氧化还原液流电池的支持力度比较小。从科研经费和产业支持来看,国家对全钒液流电池的投入远远小于对锂离子电池的投入。像锂离子电池这种从材料到应用的完整产业链的形成还需要时间。”张华敏坦率地说。此外,记者了解到,由于钒在水中的溶解性,全钒氧化还原液流电池与锂离子电池和另一种储能“热点”全固态电池相比,始终存在能量密度低的缺点。电解质溶液导致相对较大的电池体积,这需要复杂的管道系统。所以液流电池不适合电动车等移动设备,仅限于固定储能。虽然它的应用仍然有限,但许多行业专家都对它表示了信心。“如果加大投入,全钒氧化还原液流电池在性能和成本控制上还有很大的发展空间,远没有触及‘天花板’。”张华敏说。鲁也认为,全钒氧化还原液流电池在低温或极端高温环境下会比锂离子电池、铅酸电池更安全可靠,仍有其特定的市场需求。
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第1个回答  2016-05-28

钒电池作为储能系统使用,具有以下特点:
1.电池的输出功率取决于电池堆的大小,储能容量取决于电解液储量和浓度,因此它的设计非常灵活,当输出功率一定时,要增加储能容量,只要增大电解液储存罐的容积或提高电解质浓度;
2.钒电池的活性物质存在于液体中,电解质离子只有钒离子一种,故充放电时无其它电池常有的物相变化,电池使用寿命长;
3.充、放电性能好,可深度放电而不损坏电池;
4.自放电低,在系统处于关闭模式时,储罐中的电解液无自放电现象;
5.钒电池选址自由度大,系统可全自动封闭运行,无污染,维护简单,操作成本低;
6.电池系统无潜在的爆炸或着火危险,安全性高;
7.电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料,材料来源丰富,易回收,不需要贵金属作电极催化剂;
8.能量效率高,可达75%~80%,性价比非常高;
9.启动速度快,如果电堆里充满电解液可在2min内启动,在运行过程中充放电状态切换只需要0.02s。
目前全钒液流电池的劣势
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。
钒电池市场前景
钒流电池因其独特优点,使其在许多领域有着广泛的应用:
1.风力发电市场
目前风力发电机需要配备功率大约相当于其功率1%的铅酸电池用于紧急情况时风机保护风叶用,另外每一台风机还需要配备功率大约相当于其功率10%~50%的动态储能电池。对于风机离网发电,则需要更大比例的动态储能电池,拥有众多杰出优点的钒电池完全可以取代现有的铅酸电池,进而构建风电场的动态能源储存系统。图2为日本Tomamae风电场4MW×1.5hour VRB-ESS(SEI公司)。
2.光伏发电
顾名思义,光伏发电需要太阳光,一旦到了晚上和阴雨天就发不了电,因而需要储能电池为其储存电力,由于现有的铅酸电池功率、容量和寿命均非常有限,相信集众多杰出优点于一身的钒电池将作为光伏发电储能电池的首选。图3 是离网光伏储能钒电池充电站。
3.电网调峰
电网调峰的主要手段一直是抽水蓄能电站,由于抽水蓄能电站需建上、下两个水库,受地理条件限制较大,在平原地区不容易建设,而且占地面积大,维护成本高。钒电池储能电站不受地理条件限制,选址自由,占地少,维护成本低。可以预期,随着钒电池技术的发展,钒电池储能电站将逐步取代抽水蓄能电站,在电网调峰中发挥重要的作用。
4.电动汽车电源
钒电池由于自身的独特结构,充电接受能力强,适应快速大电流充电及大电流深度放电,比功率大,比能量高,适合于作电动汽车的动力电源,也可以解决汽车尾气排放而造成的空气污染问题。钒电池作为汽车驱动力的优点是能够实现“瞬间充电”(直接更换或补充电解液)。
5.不间断电源和应急电源
作为UPS可用于办公大楼、剧院、医院等应急照明场所,也可用作计算机以及一些军事设备的备用电源。图4是南卡罗来纳州空军基地60KWh VRB-ESS系统。
6.供电系统
海岛、偏远地区等地区建设常规电站或建设架设输电线路造价高昂,使用钒电池并配以太阳能、风能等发电装置,可保障这些地区的稳定电力供应。另外钒电池还可以作为邮电通讯、铁路发送信号、无线电传播站等供电系统。
7.军用蓄电