浅谈钒电池在未来电力行业和电动汽车中的应用

2018-12-05张振

汽车与驾驶维修(维修版) 2018年1期

张振

（东营市技师学院 257000)

2016年2月24日中科院大连化物所团队，在液流电池非氟多孔离子传导膜研究方面取得新进展，试验将交联网络结构引入非氟多孔离子传导膜孔结构中，大幅度提高了非氟多孔离子传导膜在液流电池运行环境下的选择性和稳定性，开发的膜材料在液流电池环境下连续运行超过6 000循环次，性能非常稳定。也就意味着我国的全钒氧化还原液流电池简称钒电池即将进入量产阶段。试验证明钒电池一次性充电后，续航能力可达1 000 km，充电时间只需3～5 min。

1 性能优越被誉为“完美电池”

1.1 功率大、容量高

通过增加单片电池的数量和电极面积，即可增加钒电池的功率，目前国外示范运行的钒电池的功率已达6 MW。通过改变增加电解液的体积，即可改变增加钒电池的电量；通过提高电解液的浓度，即可成倍增加钒电池的电量。

1.2 成本低、安全性高

钒电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富。钒电池的电解质溶液为不燃烧、不爆炸的水溶液，无潜在的危险，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。可全自动封闭运行，无污染，维护简单，运营成本低。

1.3 充电时间短、响应速度快

大电流充电时间只需3～5 min即可饱和。钒电池充满电解液可瞬间启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02 s，响应速度1 ms。

1.4 效率高、寿命长

钒电池的电极催化活性高，且正、负极活性物质分别存储在不同的电解液储槽中，避免了正、负极活性物质的短路和自放电，钒电池的充放电能量转换效率高达75%以上，远高于铅酸电池。由于钒电池的正、负极活性物质只分别存在于正、负极电解液中，充放电时无其它电池常有的物相变化，可深度放电而不损伤电池，极大的延长了电池使用寿命[1]。可以反复无限次使用。钒电池是一种活性物质呈流动液态的氧化还原电池，是一种新型清洁能源存储装置。

2 钒电池可广泛用于电力行业

我国正处在能源和经济发展转型的关键时期，大规模可再生能源正逐步从辅助能源变为主导能源。国务院办公厅发布的《能源发展战略行动计划(2014—2020年)》，要求加强电源与电网统筹规划，科学安排调峰、调频、储能配套能力，切实解决弃风、弃光问题。一些能源产生系统，如风力发电、太阳能等，由于受到气候变化、风力大小等自然条件的影响，电能输出具有不稳定性和间断性地特点，进而造成机械功率大幅变化，会使发电机输出的有功和无功产生波动，而且使电网的电能质量下降，同时造成电能浪费。钒电池具有良好的储存功能，可以解决以上难题，钒电池的诞生将会广泛用于电力行业[2]。

3 钒电池终将广泛用于汽车

目前电动汽车所使用蓄电池大部分采用锂电池，一次性充电续航里程大约在300 km以内，快速充电30 min只完成电量80%，慢充电需要6～8 h，这样就制约了电动车的发展和使用效率。钒电池的结构与铅酸电池相近，它还可制备兆瓦级电池组，功率时间提供电能，因此钒电池在规模储能领域具有锂离子电池、镍氢电池可比拟性价比优势，钒电池生产工艺简单，电性能优异，与制造复杂价格昂贵燃料电池相比，无论在规模储能还是电动汽车的动力电源方面，都更具竞争实力。日前，钒电池已经列入国家“863计划”备选项目，中德“波恩项目”新能源汽车项目已于2011年4月份在海南岛奠基，投资上百亿，而钒电池就属于重点之一。