全钒液流电池（vanadium redox batty，简称VRB）是一种新型清洁能源存储装置，其研究始于20世纪80年代的澳大利亚新南威尔士大学。在美国、日本、澳大利亚等国家有应用验证，鉴于钒电池具有功率大、寿命长、可靠性高、操作和维修费用少、支持频繁大电流充放电等明显技术优势。被认为是太阳能、风能发电装置配套储能设备、电动汽车供电、应急电源系统、电站储能调峰、再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统等领域的优先选择。
一、工作原理
全钒液流电池是一种新型储能和高效转化装置，将不同价态的钒离子溶液分别作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中，通过外接泵把电解液泵入电池堆体内，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，采用离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，使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可顺利完成充电、放电和再充电。钒电池的工作原理请见下图。
二、钒电池技术
钒电池技术中主要包括：电堆技术、电解液技术、系统集成技术
1).电堆技术
(1).膜
膜可以说是钒电池核心中的核心，它基本决定了钒电池的寿命、效率。
钒电池使用的膜，并不限制一定使用某种膜，关键是使用的膜一是耐腐蚀，
就是寿命；二是离子交换能力要足够好，就是电池效率；三是一致性要好。 (2).电极材料
目前钒电池的电极材料主要有石墨毡和碳毡两类。
石墨毡烧制温度高、石墨化程度高；碳毡烧制温度低一些、石墨化程度相对低。两者导电性能不同，价格不同。具体使用何种电极材料取决于钒电池电堆的设计。好的电极材料可提高钒电池的电流密度，而且对双极板的抗腐蚀有一定的保护作用。
这里的技术含量不算高，但各家需根据自己的钒电池堆的设计寻和测试不同厂家的产品，需要一定的时间。
(3).双极板
双极板材料的要求很综合：耐腐蚀、面积、韧性、强度、导电性、价格。
钒电池常用的双极板是石墨板(包括硬石墨和软石墨两类)和导电塑料。虽然有很多人研究过金属复合双极板，但目前能用的还只有石墨板和导电塑料。
和电极材料一样，各家需根据自己的钒电池堆的设计寻和测试不同厂家的产品，在对双极板的各种要求中取得一种平衡，需要一定的时间。特别是成本，双极板在目前的钒电池电堆的成本中占较大比重，是钒电池产业化必须重点解决的问题。
(4).电堆的流场设计
流场设计的好坏，对钒电池的性能有挺大影响，还可能对电堆寿命带来影响。
(5).密封技术
钒电池电堆密封技术比较重要的在于，要把几十片面积上千平方厘米甚至几千平方厘米的单片电池集成到一起，不发生任何泄漏。并且要保证在10年之内任何时间、任何场景下都不能漏。
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。
电解液决定了钒电池的储电量，也是钒电池成本的重要组成部分。
电解液技术主要是配方，目标是提高功率密度、提高温度适应性等；二是如何用比较低的成本生产出合格的电解液来。
电解液配方的好坏会影响膜的寿命、电极的寿命、电池效率等。
电解液生产相关的技术关键在于原材料的来源，决定了电解液的生产成本；提纯目标和提纯工艺路线；环保问题等。
电解液的成本将会对钒电池的市场竞争力起到重要的影响作用。
3).控制技术
钒电池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。
鉴于钒电池的应用优势在于大功率系统，系统集成技术中就有很多属于工程技术。为便于运输，大型电堆的组装通常利用集装箱作为外壳，相应的空间布局设计，包括重量、体积、通道、管路、线束、各种接口等；现场安装工程，包括大型电解液储罐，与电堆及应用端的管路、线路连接，防雷、防雨、防水设计，远程监控等。
三、技术特点及优势
1）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，目前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；
风能汽车(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。目前加拿大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) 安全性高：钒电池无潜在的爆炸或着火危险，即使将正、负极电解液混合
也无危险，只是电解液温度略有升高；
(17) 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；
(18) 电解液可长期使用，没有污染排放，对环境友好。
五、钒电池的应用
VRB全钒液流储能电池系统能够经济地存储并按照需求提供大规模电力，主要模式是固定方式。它是一种长寿命、低成本、少维护、高效率的技术，支持电力与储能容量的无级扩展。VRB全钒液流储能电池系统通过存储电能实现供需的最优匹配，对于可再生能源供应商、电网企业和终端用户尤为有效。
VRB全钒液流储能电池系统能够应用于电力供应价值链的各个环节，可将诸如风能、太阳能等间歇性可
再生能源电力转化为稳定的电力输出；偏远地区电力供应的最优化解决方式；电网固定投资的递延，以及削峰填谷的应用。VRB全钒液流储能电池系统也能够作为变电站及通信提供备用电源得到应用。VRB全钒液流储能电池系统对于环境友好，在所有的储能技术中对于生态影响程度最低，同时不以铅或镉等元素为主要反应物。
1）钒电池市场应用前景
钒电池具有功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿环保等一系列独特优点，适合于大规模电能储存，在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、军用蓄电、交通市政、通讯、UPS电源等广阔领域有着极其良好的应用前景。
由于全钒液流电池可以保持连续稳定、安全可靠的电力输出，用于风能、太阳能等可再生能源发电系统，解决其发电不连续、不稳定特性；用于电力系统，可调节用户端负载平衡，保证智能电网稳定运行；用于电动汽车充电站，可避免
电动车大电流充电对电网造成冲击；用于高耗能企业，谷电峰用，可降低生产成本。此外，它还可应用于电信的通讯、国家重要部门的备用电站等。
(1) 风力发电
风能发电自身所固有的随机性、间歇性特征，决定了其规模化发展必然会对电网调峰和系统安全运行带来显著影响，必须要有先进的储能技术作支撑。
研究表明，如果风电装机占装机总量的比例在10％以内，依靠传统电网技术以及增加水电、燃气机组等手段基本可以保证电网安全；但如果所占比例达到20％甚至更高，电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。目前为了减少对电网的冲击，每一台风机需要配备其功率4%的后备蓄电池。另外还需要大约相当于其功率1%的蓄电池用于紧急情况时风机保护收风叶用。
电网对风电输出平稳性的要求已成为风电发展的瓶颈。随着风电的快速发展，风电与电网的矛盾越来越突出。如果需要平滑风电90％以上的电力输出，需要为风电场配置20％左右额定功率的储能电池；如果希望风电场还能具有削峰填谷的功能，将需要配备相当于40-50%功率的动态储能电池；如果风机离网发电，则需要更大比例的动态储能电池。
风机现在使用的铅酸电池容量小、寿命短、稳定性差、维护费时费力、污染大，钒电池所具备的优点，完全可以取代现有的铅酸电池，成为风电场动态储能系统的主体。
中国风电资源经初步探明10米高空约10亿kW，其中陆上风电资源2.35亿kW，沿海风电资源7.5亿kW；扩展到50米高空，是20亿～25亿千瓦。
根据国家中长期能源规划，风电装机目标为2010年400万kW，2020年2000万kW。但实际上2008年底中国风电场累计装机1215万kW，当年风电新增容量625万kW；中国风能协会预计，2009年全国新增风电装机为800万kW，2009年底累计装机容量就将超过2020年的规划目标2000万kW。预计2020年中国风电装机会突破1亿kW，将占到全国发电量的10%左右。
风电产业的快速发展，特别是我国的多数风电场属于“大规模集中开发、远距离输送”，对电网的运行和控制提出了严峻挑战。大容量储能产品成为解决电网与风电之间矛盾的关键因素。即使按照风电调控最低要求计算，5%的风电储能比例，2009年储能电池的需求就将达到100万kW，2020年储能电池的需求将达到500万kW；如果需要平滑90％以上的风电输出，储能电池的需求还要增加3倍以上。
(2) 光伏发电
2008年全球太阳能安装总量已累计达1500kW，当年新装容量达到了550万kW以上，其中80%以上位于欧洲。2009年全球新安装的光伏发电系统将达到400万kW左右，大多数都在德国。德国将安装150万kW，意大利为58万kW，还有30-40万kW将来自西班牙、加州和日本。2008年中国太阳能电池产量达到约260万kW，占世界产量的32.9%，但当年中国的光伏电池安装量只有4万kW， 预计中国2010年光伏电池发电总容量达到25万kW，2020年太阳能发电装
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