全釩氧化還原液流電池

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1、一種環(huán)?；瘜W(xué)儲能電池—全釩氧化還原液流電池班級：應(yīng)化113班姓名：胡磊學(xué)號：12110019摘要：簡要介紹了全釩氧化還原液流電池的工作原理，并對釩電池的組成及其電解液的制備方法和釩電池的分類及市場前景進(jìn)行了簡明敘述。列舉了釩電池在國外的商業(yè)化情況，并簡要分析了國內(nèi)外釩電池的發(fā)展過程和研究現(xiàn)狀。中國風(fēng)能、太陽能等可再生資源儲量豐富，對環(huán)境友好的大容量存儲電池需求迫切，因此認(rèn)為近幾年中國全釩氧化還原液流電池具有良好的發(fā)展前景，這將會極大促進(jìn)中國釩資源的開發(fā)。關(guān)鍵詞：釩電池發(fā)展前景研究現(xiàn)狀一.概述由于環(huán)保壓力和能源危機(jī)，傳統(tǒng)能源正在向可再生能源轉(zhuǎn)換，我國已

2、建設(shè)了多個陽光發(fā)電站和風(fēng)力發(fā)電站。但是無論是太陽能還是風(fēng)能，均需要性能良的儲能電池與之配套。在電量富余時用電池將電能儲存起來，待電力缺乏時用電池并網(wǎng)發(fā)電以滿足沒有太陽光沒有風(fēng)時的缺電情況。目前，常用鉛酸電池，但這種電池能量密度低、壽命短、成本高、反復(fù)重放后容量迅速減少。因此，研究和開發(fā)價廉、高效率的儲能系統(tǒng)是十分必要的。?1釩氧化還原液流電池是一種新型無污染化學(xué)電源，為液流電池沒有固態(tài)反應(yīng)，不發(fā)生物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，且價格便宜，我國釩資源豐富，開發(fā)釩電池液可以緩解能源緊張狀況。[1]1．釩電池概況1．1釩電池的工作原理及應(yīng)用特點(diǎn)1.1.1工作原理全釩氧化

3、還原液流電池是將化學(xué)能和電能相互轉(zhuǎn)換?；瘜W(xué)能存儲于不同階態(tài)的釩離子中，電解質(zhì)溶液為釩離子硫酸電解液，電解液通過泵從兩個獨(dú)立的塑料存儲罐中流入兩個半電池組單元，采用一個質(zhì)子交換膜（PEM）作為電池組的隔膜，電解質(zhì)溶液平行流過電極表面并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過雙電極板收集和傳導(dǎo)電流。這個反應(yīng)過程可以逆反進(jìn)行，對電池進(jìn)行充電、放電和再充電。　　從上圖可以看出，全釩氧化還原液流電池包括兩個具有不同氧化狀態(tài)釩離子的電解液存儲罐，分別是正極V（Ⅳ）/V（Ⅴ）和負(fù)極V（Ⅱ）/V（Ⅲ）氧化還原電極對。電解液由泵在存儲罐和電堆之間循環(huán)輸送。釩電池充電后，正極為V5+，負(fù)極

4、為V2+“，放電時V5+得電子變?yōu)閂4+“，V2+失去電子變成V3+，放完電后，正負(fù)極分別為V4+和V3+溶液，正極和負(fù)極之間由隔膜隔開。該隔膜只允許H+通過，H+也就起到了電池內(nèi)部導(dǎo)電的作用。1.1．2全釩氧化還原液流電池的特點(diǎn)正負(fù)半電池腔使用同一種金屬離子的硫酸溶液作電解液，避免了Fe/Cr電池中電解液交叉污染的問題，提高了電池的效率和壽命；用完全可溶的氧化還原電對和惰性電極消除了傳統(tǒng)電池（鉛酸電池，鎳/鎘電池）不希望的電極過程——固相反應(yīng)所伴隨的電極變形，脫落，短路等而引起的容量損失；系統(tǒng)的儲存容量取決于溶液的濃度和儲液箱的體積，換言之，對于相

5、同功率輸出的電池可根據(jù)需求任意調(diào)整容量；功率由系統(tǒng)中單電池的部署決定，可通過串連和并聯(lián)任意調(diào)整功率來滿足不同需求；電池活性物質(zhì)以溶液形式存在，充放電不涉及固相反應(yīng)，反應(yīng)速度可以很快；電池活性物質(zhì)在充放電過程中不消耗，理論循環(huán)壽命無限，使得電池成本大為降低；反應(yīng)裝置與儲存裝置相互獨(dú)立，由電池中的極少量電解液的擴(kuò)散所引起的自放電很??；結(jié)構(gòu)簡單，材料價格便宜，更換和維修費(fèi)用低廉，對環(huán)境友好，是環(huán)保電池；通過更換電解液，可實(shí)現(xiàn)瞬間再充電。1．2釩電池的組成釩電池系統(tǒng)主要分為電堆、電解液和控制系統(tǒng)三部分，電堆和電解液技術(shù)是釩電池的核心部分。1．2．1電堆電堆對

6、儲能系統(tǒng)的成本、功率、循環(huán)壽命、效率等性能有很大的影響。用作釩電池的電極材料主要有金屬電極、復(fù)合導(dǎo)電塑料電極和碳素類電極舊。金屬類電極由于價格昂貴，電化學(xué)性能不高，因此并不能實(shí)際應(yīng)用于釩電池。采用耐酸材料石墨板作電極時，經(jīng)過幾次循環(huán)后正極表面發(fā)生了刻蝕現(xiàn)象；以碳纖維和碳布作釩電池正極時，也發(fā)生類似的損壞。采用聚乙烯基的導(dǎo)電塑料作為釩電池的集流板，正極一側(cè)會出現(xiàn)鼓包以及分層現(xiàn)象口。。碳素類電極材料由于價格低、性能好，因而得到了廣泛應(yīng)用。[2]1．2．2電解液在電堆運(yùn)行良好的情況下，釩電池電解液的多少和濃度大小決定著電池容量的大小，同時電解液中不同雜質(zhì)元

7、素的含量對電解液的長期穩(wěn)定性和充放電效率有影響，如某些雜質(zhì)離子會導(dǎo)致電解液對溫度敏感、產(chǎn)生沉淀、堵塞電堆管路等。因此，確定電解液的純度并對關(guān)鍵雜質(zhì)的含量進(jìn)行控制很有必要。此外，為提高釩離子在釩電池中的濃度和穩(wěn)定性，還需向電解液中加入某些適量的穩(wěn)定劑，如乙醇、丙醇等。1．3釩電池電解液的制備方法釩電池電解液的制備方法主要為化學(xué)法和電化學(xué)法?；瘜W(xué)法是現(xiàn)階段制備釩電池電解液最經(jīng)濟(jì)的制備方法，但是該法存在固體V2O5，溶解速度慢、產(chǎn)量少、加入的還原劑難以完全清除等缺點(diǎn)，因此化學(xué)法還僅僅適用于實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)。為克服化學(xué)法存在的缺點(diǎn)，科研人員提出了利用電化學(xué)方法生產(chǎn)

8、釩電池用電解液。該方法將V2O5，和濃硫酸溶液通過電解槽中的陰陽極電解成V(Ⅲ)和V(IV)的酸性釩電池電解