全钒液流电池基础知识

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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（Vanadium Redox Flow Battery，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B 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V,5+,和V,4+,离子溶液组成，负极电解液由V,3+,和V,2+,离子溶液组成，电池充电后，正极物质为V,5+,离子溶液，负极为V,2+,离子溶液，电池放电后，正,、,负极分别为V,4+,和V,3+,离子溶液，电池内部通过H,+,导电。V,5+,和V,4+,离子在酸性溶液中分别以VO,2+,离子和VO,2+,离子形式存在,。,VRB,正负极板,发生以下反应：,正极：VO,2,+,+2H,+,+e,-,VO,2+,+H,2,O,负极：V,2+,V,3+,+e,-,电池反应：VO,2,+,+2H,+,+V,2+,VO,2+,+H,2,O+V,3+,4,全钒液流电池 工作原理,VRB示意图,V,3+/,V,2+,V,5+,/,V,4+,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 45C，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,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,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VOSO,4,直接溶解得到的，但是 VOSO,4,价格贵，电池成本高，难以大规模应用。后来选用,V,2,O,5,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,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。,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VRB Power Systems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10 kW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！,