金能钒液流电池(Vanadium Flow Battery 简称VFB)是一种技术先进的新型储能电池,具有功率大、容量大、效率高、寿命长、安全性高、绿色环保等一系列独特优点,在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、军用蓄电、交通市政、通讯基站、UPS/EPS等广阔领域有着极其良好的应用前景。
金能钒液流电池主要由电解液、电池堆、电解液储罐、电解液循环系统、电气系统组成,其中电解液是能量单元,实现电能的储存,电解液的量决定了钒液流电池工作容量的大小;电池堆是功率单元,实现电能和化学能的转换,决定了钒液流电池的工作功率大小。
电解液由正极电解液、负极电解液组成,分别储存在对应电解液储罐内,和电池堆相互独立。电解液中的活性物质为不同价态的钒:负极电解液含二价、三价钒溶液,正极电解液含四价、五价钒溶液。电池工作时,电解液由电解液循环系统输送,在电池堆和电解液储罐间循环流动。正极电解液、负极电解液在电堆内部由全氟离子膜分隔开,互不接触,分别在正、负极电极上进行电化学反应,实现电能和化学能的转换:充电时负极电解液中三价钒转变为二价钒、正极电解液中四价钒转变为五价钒,同时吸收外部负载电源的电能;放电时负极电解液中二价钒转变为三价钒,正极电解液中五价钒转变为四价钒,同时放出储存的电能。对应的电化学反应如下:
|
充电 |
放电 |
正极 |
VO2+ + H2O - e = VO2+ + 2H+ |
VO2+ + 2H+ + e = VO2+ + H2O |
负极 |
V3+ + e = V2+ |
V2+ - e = V3+ |
金能钒液流电池由于其独特的工作原理,具有一系列其余储能装置难以企及的优势:
功率与容量分离
金能钒液流电池的电能储存部分和电能转换部分是两个不同的结构单元,使得钒液流电池的工作功率和储能容量相互独立,可根据用户的需要灵活配置,维护和升级也更简便。
充放电性能优异
铅酸电池、锂电池等常规电池的活性物质都包括固相物质,大电流快充快放、深充深放会因活性物质结构发生不可逆转的变化,导致电池性能下降、寿命缩短。而金能钒液流电池的活性物质为液相的电解液,充、放电过程中始终为溶液形态,只发生离子价态的变化,不会像固相的活性物质那样出现不可逆转的结构变化,因此可以大电流快充快放、深充深放而不会影响电池性能、寿命。
荷电保持能力强
铅酸电池、锂电池等常规电池的活性物质都包括固相物质,即使不工作也会因内部自放电使储电量逐渐降低,备电时间较短。而金能钒液流电池的反应活性物质储存于电池堆外部,电能储存部分和电能转换部分相互独立,不工作时正、负极电解液分别储存于正极储液罐、负极储液罐内,完全独立无接触,不会出现自放电降低储电量,备电时间长。
组合一致性好
铅酸电池、锂电池等常规电池的每个单电池是一个独立单元,各个单电池内部活性物质、工作性能的差异性会造成各单电池荷电状态的差异,影响电池系统的整体工作性能和工作寿命,在大规模应用时这种组合一致性的劣势尤为突出;而金能钒液流电池系统中所有单电池是一个整体系统,各单体电池共用电解液,内部的活性物质完全一样,具有相同的荷电状态,组合一致性差异极小,不会影响到电池系统的整体性能和寿命。
响应速度快
金能钒液流电池从停机状态开始启动到满负荷运行仅需1分钟,充电/放电工况转换时间、待机到满负荷输出时间等均仅为毫秒级,可迅速响应需求发出(或吸收)电能,对负荷的响应速度远远高于火电、抽水蓄能等方式。
安全性高
金能钒液流电池工作安全可靠性高,在过充、过放、超温等情况下均可保持密闭隔离,对环境无任何影响;在物理穿击、高温等极端情况下也绝无燃烧、爆炸危险。
绿色环保
传统采用柴油发电机备电的方式由于工作噪声大、工作温度高、废气排放污染高、油料易燃易爆储存危险、需单独建设操作间等缺点,已不能满足日益提高的环保要求,而金能钒液流电池工作过程对环境友好,具有无易燃易爆性,安全可靠;完全封闭运行,无任何排放;工作无噪声等优点,是完全绿色环保的产品,可直接安装于室内环境使用。
选址自由度大
抽水蓄能、压缩空气储能等储能方式都受地理环境条件限制较大,选址和建设要求较高,并不是所有地方都适合应用;而钒液流电池基本不受地理条件限制,选址自由度高、建设成本低,应用更为广泛。