爱华网钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Battery，缩写为VRB），是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。VRB作为一种化学的能源存储技术，和传统的铅酸电池、镍镉电池相比，它在设计上有许多独特之处，性能上也适用于多种工业场合，比如可以替代油机、备用电源等。
钒电池_钒电池 -发展历史
钒电池
钒电池全称为全钒氧化还原液流电池（Vanadium Redox Battery，缩写为VRB），是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。早在20世纪60年代，就有铁―铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入实用，并全力推进其商业化进程。
钒电池_钒电池 -工作原理
钒电池将存储在电解波中的能量转换为电能，这是通过两个不同类型的、被一层隔膜隔开的钒离子之间交换电子来实现的。电解液是由硫酸和钒混合而成的，酸性和传统的铅酸电池一样。由于这个电化学反应是可逆的，所以VRB电池既可以充电，也可以放电。充放电时随着两种钒离子浓度的变化，电能和化学能能相互转换。
钒电池工作原理图
VRB电池由两个电解液地和一层层的电池单元组成。电解液地用于盛两种不同的电解液。每个电池单元由两个“半单元”组成，中间夹着隔膜和用于收集电流的电极。两个不同的“半单元”中盛放着不同离子形态的钒的电解液。每个电解液池配有一个泵，用于在封闭的管道中为每一个“半单元”输送电解液。当带电的电解液在一层层的电池单元中流动时，电子就流动到外部电路，这就是放电过程。当从外部将电子输送到电池内部时，相反的过程就发生了，这就是给电池单元中的电解液充电，然后再由泵输送回电解液池。
在VRB中，电解液在多个电池单元间流动，电压是各单元电压串联形成的。标称电压是1.2V。电流密度由电池单元内电流收集极的表面积决定，但是电流的供应取决于电解液在电池单元间的流动，而不是电池层本身。VRB电池技术的一个最重要的特点是：峰值功率取决于电池层总的表面积，而电池的电量则取决于电解液的多少。在传统的铅酸和镍福电池中，电极和电解液被放置到一块，功率和能量强烈地依赖于极板面积和电解液的容量。但VRB电池不是这样，它的电极和电解液不一定必须放到一块，这就意味着能量的存放可以不受电池外壳的限制。从电力上来讲，不同等级的能量可以为电池层中不同的电池单元或单元组中通过提供足够的电解液来得到。给电池层充电和放电不一定需要相同的电压。例如，VRB电池可以用串联电池层的电压放电，而充电则可以在电池层的另一部分用不同的电压进行。
钒电池_钒电池 -优点
与其它化学电源相比，钒电池具有明显的优越性，主要优点如下：
功率大
钒电池结构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，目前美国商业化示范运行的钒电池的功率已达6兆瓦。
容量大
通过任意增加电解液的体积，即可任意增加钒电池的电量，可达吉瓦时以上；通过提高电解液的浓度，即可成倍增加钒电池的电量。
效率高
由于钒电池的电极催化活性高，且正、负极活性物质分别存储在正、负极电解液储槽中，避免了正、负极活性物质的自放电消耗，钒电池的充放电能量转换效率高达75%以上，远高于铅酸电池的45%。
寿命长
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，电池使用寿命长。目前加拿大VRBPowerSystems商业化示范运行时间最长的钒电池模块已正常运行超过9年，充放循环寿命超过18000次，远远高于固定型铅酸电池的1000次。
响应速度快
钒电池堆里充满电解液可在瞬间启动，在运行过程中充放电状态切换只需要0.02秒，响应速度1毫秒。
可瞬间充电
通过更换电解液可实现钒电池瞬间充电。
安全性高
钒电池无潜在的爆炸或着火危险，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。
成本低
除离子膜外，钒电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料，材料来源丰富，易回收，不需要贵金属作电极催化剂，成本低。钒电池选址自由度大，可全自动封闭运行，无污染，维护简单，运营成本低。
钒电池_钒电池 -缺点
(1)体积较大。
(2)能量密度低。这意味着储同样的能量，需要10倍甚至数十倍体积或是重量于锂电池；意味着为一个百兆瓦级的风电场配套的钒电池可能需要挖空一座山来提供原料。
(3)钒电池造价昂贵。
钒电池_钒电池 -技术背景
钒电池生产的技术背景
中国工程物理研究院从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的钒电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。并成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。1998年，500W的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已研制出800W的产品样机。主要参数如下：单体数：10个电极面积：784cm2；单体电池厚度：13mm；电解液浓度：1.5MVOSO4+2MH2SO4；电解液量：10L；理论容量：200Ah；最大充电电流：80A（电流密度102mA/cm2）；充电电压（50%充电状态）：40A充电电压为15.0V，80A充电电压为16.5V；充电容量：40Ah；最大放电电流：80A（电流密度102mA/cm2）；放电电压（50%放电状态）：40A放电电压为11.5V，80A放电电压为10V；放电容量：30Ah；充放电利用率：≥80%；电堆最大功率：≥800W。中科院大连化学物理研究所在上个世纪90年代末研究了铁铬液流储能电池。2000年以来，又开始了全钒液流储能电池的研究开发，通过国家“863”后续能源领域的支持，在电极设计制备、双极板设计制备、电解质溶液分配、电池组公用管道设计、电池组装及系统设计与集成技术等方面取得重大进展，成功地开发出10千瓦级全钒液流储能电池系统，在2006年3月29日通过了由科技部组织的专家组验收和辽宁省科技厅主持的成果鉴定。
其研制的全钒氧化还原液流储能电池的额定输出功率达到10.1千瓦，最大放电功率达23.9千瓦，系统运行稳定，能量效率80.4%，该技术达到国内领先、国际先进水平。该所研究开发的全钒液流储能电池示范系统，自2007年7月6日以来已自动无故障连续运行105天，超过2500小时。该示范系统由千瓦级电池模块、系统控制模块和LED屏幕三部分组成。利用该系统可实现利用储能电池储存夜间电能，在日间对LED屏幕进行供电的过程，电池的能量效率为87％，截止目前未见衰减。大连化学物理研究所还在电池储能容量衰减机理的研究，提高电池容量的稳定性，以及大功率电池模块结构的设计和优化等方面取得进展。最近，该所研制的第三代5千瓦级电池模块的充、放电能量转换效率超过80％。清华大学、北京科技大学、中南大学等三所院校也对钒电池进行研究的报道，对钒电池在某些领域的技术推动有积极的意义。目前，国内已有数家企业初步进行钒电池生产。北京普能世纪科技有限公司是中国第一家致力于钒电池储能技术的企业，拥有大批钒电池研发的人员。在钒电池电堆集成技术、关键材料研发以及电解液制备技术的三个方面，其都有建树。电堆集成方面，普能公司已设计和研制了系列化的50W～5kW钒电池样机，样机密封性好，加工装配工艺简捷。
钒电池_钒电池 -钒电池缺陷
《中国钒电池行业市场需求与项目投资可行性研究报告前瞻》显示，钒电池存在的技术问题主要有两个，第一，钒电池正极液中的五价钒在静置或温度高于45摄氏度的情况下易析出五氧化二钒沉淀，析出的沉淀堵塞流道，包覆碳毡纤维，恶化电堆性能，直至电堆报废，而电堆在长时间运行过程中电解液温度很容易超过45摄氏度。第二，石墨极板要被正极液刻蚀，如果用户操作得当，石墨板能使用两年，如果用户操作不当，一次充电就能让石墨板完全刻蚀，电堆只能报废。在正常使用情况下，每隔两个月就要由专业人士进行一次维护，这种高频次的维护费钱、费力。另外，钒电池成本过高。以一个五千瓦电池为例，电解液（一立方，1.8mol/L）17万、控制系统10万、隔膜7万、板框4万、石墨板1.5万、泵0.7万、碳毡0.4万，总共40.6万，这只是主要材料成本，没计入次要材料成本和人力成本。因此，一个五千瓦钒电池的成本在四十万以上，高出相同规格铅酸电池的成本数倍。
从环保的角度来说，钒电池压根就不环保，配制电解液用到的原料、正极沉淀以及泄漏的正极液经风干后形成的薄层都有一样相同东西，那就是五氧化二钒，它是一种剧毒化学品。
因此，钒电池还有很多问题需要解决，让人无法乐观的是，钒电池在国内被研究十多年来还没有哪家科研机构取得了突破。
钒电池_钒电池 -应用
发展前景
钒电池
钒电池是发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一，与铅蓄电池相比，它的制造、使用及废弃过程均不产生有害物质。与锂电池相比，钒电池的生产成本更低，接近铅蓄电池。而钒电池最大的优点则是储能效果好，可大功率长时间提供电能，如果把钒电池的输出功率比喻成一辆火车，那么铅酸电池、锂电池的输出功率则分别是一辆卡车、小轿车。
钒电池在风力发电、光伏发电、电网调峰、电动汽车等等领域有着非常广阔的应用前景。券商初步估算，中国的钒电池市场规模将达1.6万亿元。
在日本核危机爆发后，世界各国对核电站的建设更加谨慎，中国暂停批准新的核电站上马，德国更是宣布在2022年前关闭所有的核电站。太阳能和风能等新能源再度成为人们关注的领域，而作为风能和太阳能发电最为优质的储能设施，钒电池的产业化应用将正登上历史舞台，大战拳脚。
在电动车领域，钒电池也有其自身优势。据了解，如果电动汽车上使用新型钒电池，一次性充电3分钟
