中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊： 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。
簡單地說，釩電池將存儲(chǔ)在電解液中的能量轉(zhuǎn)換為電能，這是通過兩個(gè)不同類型的、被一層隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實(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)電解液池和一層層的電池單元組成。電解液池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，這就是放電過程。當(dāng)從外部將電子輸送到電池內(nèi)部時(shí)，相反的過程就發(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提供足夠的電解液來得到。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。
釩電池有主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1.功率大：通過增加單片電池的數(shù)量和電極面積，即可增加釩電池的功率，目前美國商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6兆瓦。
2.容量大：通過任意增加電解液的體積，即可任意增加釩電池的電量，可達(dá)吉瓦時(shí)以上；通過提高電解液的濃度，即可成倍增加釩電池的電量。
3.效率高：由于釩電池的電極催化活性高，且正、負(fù)極活性物質(zhì)分別存儲(chǔ)在正、負(fù)極電解液儲(chǔ)槽中，避免了正、負(fù)極活性物質(zhì)的自放電消耗，釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)75％以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45％。
4.壽命長：由于釩電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)只分別存在于正、負(fù)極電解液中，充放電時(shí)無其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長。目前加拿大VRBPowerSystems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過9年，充放循環(huán)壽命超過18000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定型鉛酸電池的1000次。
5.響應(yīng)速度快：釩電池堆里充滿電解液可在瞬間啟動(dòng)，在運(yùn)行過程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應(yīng)速度1毫秒。
6.可瞬間充電：通過更換電解液可實(shí)現(xiàn)釩電池瞬間充電。
7.安全性高：釩電池?zé)o潛在的爆炸或著火危險(xiǎn)，即使將正、負(fù)極電解液混合也無危險(xiǎn)，只是電解液溫度略有升高。
8.成本低：除離子膜外，釩電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。
9.釩電池選址自由度大，可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無污染，維護(hù)簡單，運(yùn)營成本低。
釩電池電堆的優(yōu)勢：
一、電堆作為發(fā)生反應(yīng)的場所與存放電解液的儲(chǔ)罐分開，從根本上克服了傳統(tǒng)電池的自放電現(xiàn)象。功率只取決于電堆大小，容量只取決于電解液儲(chǔ)量和濃度，設(shè)計(jì)非常靈活；當(dāng)功率一定時(shí)，要增加儲(chǔ)能容量，只需要增大電解液儲(chǔ)罐容積或提高電解液體積或濃度即可，而不需改變電堆大?。豢赏ㄟ^更換或添加充電狀態(tài)的電解液實(shí)現(xiàn)“瞬間充電”的目的。可用于建造千瓦級(jí)到百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，適應(yīng)性很強(qiáng)。
二、充、放電性能好，可以進(jìn)行大功率的充電和放電，也可以允許浮充和深度放電。對鉛酸蓄電池來說，放電電流越大，電池的壽命越短；放電深度越深，電池的壽命也越短。而釩電池放電深度即使達(dá)到100％，也不會(huì)對電池造成影響。而且釩電池不易發(fā)生短路，這就避免了因短路而引起的爆炸等安全問題。
三、可充放電次數(shù)極大，理論上壽命是無數(shù)次。充放電時(shí)間比為1：1，而鉛酸電池是4：1。而且釩電池充、放切換響應(yīng)速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供電。
四、能量效率高，直流對直流能量效率可以達(dá)到80％以上，而鉛酸電池只有60％左右。釩電池組中的各個(gè)單位電池狀態(tài)基本一致，維護(hù)簡單方便。
五、選址自由度大，占地少，系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生酸霧，沒有酸腐蝕。電解液可反復(fù)利用，無排放，維護(hù)簡單，操作成本低。是一種綠色環(huán)保儲(chǔ)能技術(shù)。因此對于可再生能源發(fā)電，釩電池是鉛酸電池理想的替代品。
釩電池的發(fā)展前景:
釩電池是目前發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一（它的制造、使用及廢棄過程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)），它具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，可深度大電流密度放電；充電迅速；比能量高；價(jià)格低廉；應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊：如可作為大廈、機(jī)場、程控交換站備用電源；可作為太陽能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲(chǔ)能裝置；為潛艇、遠(yuǎn)洋輪船提供電力以及用于電網(wǎng)調(diào)峰等。
釩電池成本與鉛酸電池相近，它還可制備兆瓦級(jí)電池組，大功率長時(shí)間提供電能，因此釩電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有鋰離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢。釩電池生產(chǎn)工藝簡單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，電性能優(yōu)異，與制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴的燃料電池相比，無論是在大規(guī)模儲(chǔ)能還是電動(dòng)汽車動(dòng)力電源的應(yīng)用前景方面，都更具競爭實(shí)力。
釩電池是目前發(fā)展勢頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，與鉛蓄電池相比，它的制造、使用及廢棄過程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)。與鋰電池相比，釩電池的生產(chǎn)成本更低，接近鉛蓄電池。而釩電池最大的優(yōu)點(diǎn)則是儲(chǔ)能效果好，可大功率長時(shí)間提供電能，如果把釩電池的輸出功率比喻成一輛火車，那么鉛酸電池、鋰電池的輸出功率則分別是一輛卡車、小轎車。
我國是全球釩資源儲(chǔ)量大國，釩主要集中在四川，占全國儲(chǔ)量的62.2％。據(jù)了解，即將出臺(tái)的“十二五”釩鈦資源綜合利用及產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃將重點(diǎn)發(fā)展釩電池。目前釩電池技術(shù)基本成熟了，千瓦級(jí)的產(chǎn)品已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)階段。
據(jù)了解，釩電池在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、電動(dòng)汽車等等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。券商初步估算，中國的釩電池市場規(guī)模將達(dá)1.6萬億元。
在日本核危機(jī)爆發(fā)后，世界各國對核電站的建設(shè)更加謹(jǐn)慎，我國暫停批準(zhǔn)新的核電站上馬，德國更是宣布在2022年前關(guān)閉所有的核電站。太陽能和風(fēng)能等新能源再度成為人們關(guān)注的領(lǐng)域，而作為風(fēng)能和太陽能發(fā)電最為優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)能設(shè)施，釩電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將正登上歷史舞臺(tái)，大戰(zhàn)拳腳。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，近幾年全球光伏組件的年均增長率高達(dá)30％，光伏產(chǎn)業(yè)成為全球發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。最近，有消息指出2015年我國光伏發(fā)電裝機(jī)總量目標(biāo)為10吉瓦。僅從風(fēng)電市場的應(yīng)用來看，2020年我國風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量將達(dá)1.5億千瓦，按10％～20％的配套儲(chǔ)能計(jì)算，市場規(guī)模將達(dá)數(shù)千億元。
電荒的蔓延倒逼著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，其中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用將得以快速發(fā)展。目前在智能電網(wǎng)中的示范性項(xiàng)目中，多項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)已獲應(yīng)用，包括鉛酸蓄電池、釩電池、鈉硫電池等。由于釩電池蓄能電站不受地理?xiàng)l件限制，選址自由，占地少，維護(hù)成本低?？梢灶A(yù)期，隨著釩電池技術(shù)的發(fā)展，釩電池蓄能電站將逐步取代抽水蓄能電站，在電網(wǎng)調(diào)峰中發(fā)揮重要的作用。
在電動(dòng)車領(lǐng)域，釩電池也有其自身優(yōu)勢。據(jù)了解，如果電動(dòng)汽車上使用新型釩電池，一次性充電3分鐘―5分鐘后，續(xù)航能力可達(dá)1000公里；而成本造價(jià)只有目前鋰電池的40％，體積和重量分別是鋰電池的1/25和1/10。
日前，海南省和波恩項(xiàng)目投資有限公司、德國TUG新傳動(dòng)技術(shù)有限公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，將引進(jìn)德國大眾汽車品牌與高效能釩動(dòng)力電池項(xiàng)目，在海南建設(shè)面向國際的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)和釩動(dòng)力電池配套的生產(chǎn)基地。 據(jù)了解，釩電池充放電次數(shù)超過10萬次，使用壽命達(dá)到10 年以上，釩電池可以幾乎無限制地多次充放電，不造成儲(chǔ)能材料的衰減，可以說是沒有壽命限制。因?yàn)榫哂袩o可比擬的優(yōu)點(diǎn)，釩電池將在風(fēng)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、電動(dòng)汽車等多領(lǐng)域應(yīng)用中“領(lǐng)
