釩電池的工作原理
釩電池（VRB）是一種可以流動的電池，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)（VanadiumEnergyStorageSystem，即釩能源存儲系統(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時(shí)，電子就流動到外部電路，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，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，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。
釩電池市場前景
釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池（VRB），是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)的氧化還原電池。在我國電化學(xué)儲能市場中，鋰離子電池與鉛蓄電池是主流產(chǎn)品，合計(jì)市場份額占比達(dá)到97.9%。相較于鋰離子電池與鉛蓄電池，我國釩電池行業(yè)仍處于起步階段，市場占有率低。但釩電池具有使用壽命長、安全可靠性高、可重復(fù)放電、適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用等優(yōu)勢，成為電化學(xué)儲能行業(yè)產(chǎn)品升級的重要方向。
釩電池的主要原材料之一是金屬釩，我國釩資源儲量豐富，已探明儲量約為6400萬噸，全國19個(gè)省市均有釩資源分布，其中四川攀枝花和河北承德地區(qū)是主要集中地。我國釩資源儲量大，在下游市場的推動下，釩產(chǎn)量不斷增多，是全球最大的金屬釩生產(chǎn)國，為我國釩電池行業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2019-2023年釩電池行業(yè)深度市場調(diào)研及投資策略建議報(bào)告》顯示，我國釩電池行業(yè)在研發(fā)領(lǐng)域持續(xù)加大投入，經(jīng)過不斷發(fā)展，相關(guān)技術(shù)瓶頸不斷突破，已經(jīng)掌握部分核心技術(shù)。此外，我國光伏、風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)速度加快，市場對儲能的需求快速提升，釩電池優(yōu)異的特點(diǎn)適合我國新型電網(wǎng)的需求，行業(yè)迎來發(fā)展機(jī)遇。
截止到2018年底，我國儲能市場累計(jì)裝機(jī)功率規(guī)模達(dá)到31.3GW，其中，電化學(xué)儲能累計(jì)裝機(jī)功率為1072.7MW，同比增長175.2%，占比為3.4%。我國儲能市場持續(xù)保持較快的速度增長，電化學(xué)儲能市場呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢，未來發(fā)展?jié)摿Ω?。在電化學(xué)儲能市場中，由于我國釩電池行業(yè)仍處于發(fā)展初期，企業(yè)數(shù)量較少，市場尚未打開，份額占比極小，但產(chǎn)品性能優(yōu)勢明顯，未來發(fā)展空間巨大。
受環(huán)保政策以及供給側(cè)改革的推動，2018年，我國釩價(jià)格持續(xù)在高位運(yùn)行，釩電池生產(chǎn)成本增大。同時(shí)，我國釩電池在部分技術(shù)領(lǐng)域仍有瓶頸尚待突破，短期內(nèi)，我國釩電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可能性較小。但隨著相關(guān)技術(shù)瓶頸逐步突破，行業(yè)進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段后，生產(chǎn)成本將逐漸降低，再加上市場認(rèn)可度不斷提高，我國釩電池行業(yè)未來發(fā)展前景廣闊。
新思界行業(yè)分析人士表示，相較于鋰離子電池與鉛蓄電池，釩電池性能優(yōu)勢明顯，將成為儲能行業(yè)產(chǎn)品升級的重要方向。我國釩資源豐富、釩電池行業(yè)已掌握部分核心技術(shù)、新能源產(chǎn)業(yè)與智能電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展迅速，這些因素均為我國釩電池行業(yè)發(fā)展提供良好支撐。但我國釩電池行業(yè)仍有部分關(guān)鍵技術(shù)尚未掌握，再加上金屬釩價(jià)格較高，現(xiàn)階段我國釩電池行業(yè)仍處于發(fā)展初期，未來還有較長的道路要走。