中國(guó)釩電池工業(yè)化進(jìn)展

中國(guó)工程物理研究院
從1995年率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始釩電池的研制。

先后研制成功了20W、100W、500W的釩電池樣機(jī)，在釩電池的關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。

成功開(kāi)發(fā)了四價(jià)釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、中型電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。

1998年，500w的釩電池樣機(jī)用于電瓶車的驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)已研制出800W的產(chǎn)品樣機(jī)。

主要參數(shù)如下： 單體數(shù)：10個(gè) 電極面積：784cm2； 單體電池厚度：13mm；

電解液濃度：1.5M VOSO4+2M H2SO4；電解液量：10L；理論容量：200Ah；

最大充電電流：80A（電流密度102mA/cm2）；

充電電壓（50%充電狀態(tài)）：40A充電電壓為15.0V，80A充電電壓為16.5V；

充電容量：40Ah；最大放電電流：80A（電流密度102mA/cm2）；

放電電壓（50%放電狀態(tài)）：40A放電電壓為11.5V， 80A放電電壓為10V；

放電容量：30Ah；充放電利用率：≥80%；電堆最大功率：≥800W。

大連化學(xué)物理研究所

研究開(kāi)發(fā)的全釩液流儲(chǔ)能電池示范系統(tǒng)，自2007年7月6日以來(lái)已自動(dòng)無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行105天，超過(guò)2500小時(shí)。該示范系統(tǒng)由千瓦級(jí)電池模塊、系統(tǒng)控制模塊和LED屏幕三部分組成。利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)利用儲(chǔ)能電池儲(chǔ)存夜間電能，在日間對(duì)LED屏幕進(jìn)行供電的過(guò)程。電池的能量效率為87％，截止目前未見(jiàn)衰減。
????? 全釩液流儲(chǔ)能電池是一種電能儲(chǔ)存裝置，主要由電池模塊、電解質(zhì)溶液和電解質(zhì)儲(chǔ)存輸送體系、以及控制系統(tǒng)等三個(gè)部分組成。電池模塊由數(shù)十至數(shù)百節(jié)單電池按照壓濾機(jī)方式組裝而成。正、負(fù)極電解質(zhì)溶液分別儲(chǔ)存在兩個(gè)儲(chǔ)罐中，分別由泵驅(qū)動(dòng)流經(jīng)電池的正極和負(fù)極，進(jìn)行電化學(xué)氧化和還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)充、放電過(guò)程。每個(gè)電池模塊的輸出功率由電極的面積和單電池的節(jié)數(shù)決定；通過(guò)對(duì)電池模塊進(jìn)行串、并聯(lián)實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的目標(biāo)輸出功率。系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量由電解質(zhì)溶液的量決定。因此，電池系統(tǒng)的輸出功率和儲(chǔ)能容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)。與其它化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)相比全釩液流儲(chǔ)能電池在規(guī)模儲(chǔ)能方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：能量效率高；蓄電容量大，可達(dá)百兆瓦時(shí)；容量和功率相互獨(dú)立，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活；電池的可靠性高，可深度放電；系統(tǒng)選址自由；電池的大部分部件材料可循環(huán)使用；系統(tǒng)運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低；特別是具有運(yùn)行安全和環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)。由于在成本、效率和安全等方面具有突出的優(yōu)點(diǎn)，因而是大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)的首選之一。
????? 我所全釩液流儲(chǔ)能電池的研究工作得到了國(guó)家科技部“863”高技術(shù)計(jì)劃、博融（大連）產(chǎn)業(yè)投資公司、以及大連市經(jīng)委的經(jīng)費(fèi)支持。除上述進(jìn)展外，我們還在電池儲(chǔ)能容量衰減機(jī)理的研究，提高電池容量的穩(wěn)定性，以及大功率電池模塊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化等方面均取得進(jìn)展。最近，我們研制的第三代5千瓦級(jí)電池模塊的充、放電能量轉(zhuǎn)換效率超過(guò)80％。

其在2006年3月29進(jìn)行了十千瓦釩電池鑒定

3月29日在大連通過(guò)了由科技部組織的專家組驗(yàn)收和遼寧省科技廳主持的成果鑒定。
???????? 與會(huì)專家一致認(rèn)為，研制的全釩氧化還原液流儲(chǔ)能電池的額定輸出功率達(dá)到10.1千瓦，最大放電功率達(dá)23.9千瓦，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，能量效率80.4%。按時(shí)超額完成了項(xiàng)目任務(wù)書(shū)規(guī)定的考核指標(biāo)，該技術(shù)達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)水平。
???????? 據(jù)專家介紹，我國(guó)大規(guī)模利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電具有不穩(wěn)定和不連續(xù)的特點(diǎn)，需要開(kāi)發(fā)和建設(shè)配套的電能儲(chǔ)存（蓄電）裝置或電站來(lái)保證發(fā)電、供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，研究高效儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)能源多樣化成為當(dāng)今科學(xué)家研究的重大課題。
???????? 針對(duì)國(guó)家需求，在上個(gè)世紀(jì)90年代末研究了鐵-鉻液流儲(chǔ)能電池。2000年以來(lái)，又開(kāi)始了多硫化鈉/溴液流儲(chǔ)能電池及全釩液流儲(chǔ)能電池的研究開(kāi)發(fā)，通過(guò)國(guó)家“863”后續(xù)能源領(lǐng)域的支持，在電極設(shè)計(jì)制備、雙極板設(shè)計(jì)制備、電解質(zhì)溶液分配、電池組公用管道設(shè)計(jì)、電池組裝及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成技術(shù)等方面取得重大進(jìn)展，成功地開(kāi)發(fā)出10千瓦級(jí)全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng) 。

簡(jiǎn)評(píng)：上述這兩家在釩電池研究中都取得了相應(yīng)的進(jìn)展，但是在工業(yè)化過(guò)程中，產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性是其面臨最重要的問(wèn)題，這也是這兩家遲遲沒(méi)有推出正式產(chǎn)品的原因，當(dāng)然，這也與這兩家單位自身的科研性質(zhì)有關(guān)。

北京普能世紀(jì)科技有限公司

? 釩電池技術(shù)研究的主要趨勢(shì)與任務(wù)是：針對(duì)目標(biāo)應(yīng)用的技術(shù)要求，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。由于V(V)離子所具有的特殊氧化性，材料技術(shù)成為釩電池發(fā)展的關(guān)鍵。