全钒氧化还原液流储能电池新解

电化学液流电池(electrochemicalflowcell)一般称为氧化还原液流电池(flowredoxcell或者redoxflowcell)是一种新型的大型电化学储能装置，正负极全使用钒盐溶液的称为全钒液流电池,简称钒电池.其荷电状态100%时电池的开路电压可达1.5V.液流电池一种新的蓄电池，液流电池是利用正负极电解液分开，各自循环的一种高性能蓄电池.具有容量高、使用领域（环境）广、循环使用寿命长的特点.是目前的一种新能源产品。氧化还原液流电池是一种正在积极研制开发的新型大容量电化学储能装置,它不同于通常使用固体材料电极或气体电极的电池,其活性物质是流动的电解质溶液,它最显著特点是规模化蓄电,广泛利用可再生能源。

全钒氧化还原液流储能电池是一种新型的储能装置,电极及双极板是其关键材料.全钒液流储能电池的两种电极(金属电极、碳素电极)和三种双极板(金属双极板、碳塑双极板和石墨双极板)以及一体化电极双极板.其工作原理如图。

全钒离子液流电池电解液的电解制备方法：首先将硫酸配制成1∶1的稀硫酸，然后先加入三氧化二钒，后加入五氧化二钒，反应得到硫酸氧钒溶液；再加入Na2SO4、乳化剂OP添加剂；接着将此硫酸氧钒溶液置于电解池阴极相同离子强度的硫酸钠硫酸溶液置于电解池阳极进行电解，得到4价钒和3价钒各占总钒50％的钒电池用钒电解液。

全钒液流电池是将具有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。在对电池进行充、放电实验时，电解液通过泵的用途，由外部贮液罐分别循环流经电池的正极室和负极室，并在电极表面发生氧化和还原反应，实现对电池的充放电。其工作原理图如图1所示。

全钒液流电池

钒电池系统重要分3部分：电堆部分、电解液、控制系统，其中开发难点是电堆和电解液技术。

(1)电堆技术电堆是供应电化学反应的场所，是实现储能系统电能和化学能相互转换的场所，是钒电池系统的核心部分。电堆研究开发重点是密封设计、流场设计、集流体的研究、隔膜的研究和电堆的集成等关键技术。目前，集流体一般选用石墨板，石墨板具有导电性好、能够大电流充放电等优点，但是石墨板易刻蚀，导致钒电池正、负极电解液串液，导电塑料代替钒电池中的石墨集流体，导电塑料板的导电性能不如石墨板，但是它具有密度小，加工成型容易，成本低，适合大规模持续生产等特点。钒电池的隔膜一般选用Nafionl17，它具有电阻低、钒离子不能通过的特点，有良好的离子导电性和化学稳定性，有一定的机械强度，但是有部分透水，价格贵，隔膜成本占了整个电堆的60％一70％。

(2)电解液技术电解液中不同杂质元素的含量对电解液的长期稳定性和充放电效率有影响，如某些杂质离子会导致电解液对温度敏感、出现沉淀、堵塞电堆管路等。因此，确定电解液的纯度并对关键杂质的含量进行控制是非常重要的。此外，还要向电解液中加入某些适量的稳定剂，以提高电解液的长期稳定性、温度适应范围等。

(3)控制系统控制系统重要包括充放电控制系统和泵循环系统。充电控制系统重要由直流变换模块和均流控制电路组成，将太阳能光伏发电系统发出的电转换成钒电池系统的化学能。放电控制系统是通过逆变器将钒电池输出的直流电转换成220V／50Hz的交流电，供用电系统使用。

泵循环系统重要包括泵的选择和循环管路设计。泵最好选用直流泵且耐酸腐蚀；循环管路设计要求密封性好，管路耐酸腐蚀。泵循环系统为钒电池供应基本的运行条件。