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釩電池與鋰電池的對比

釩電池也叫全釩液流電池,是可以作為大容量儲能電站的電池,目前是儲能電池領域比較熱門的一種電池,發展潛力是很大的。

下面是釩電池與鋰電池的對比

釩電池原理圖

1、釩電池與鋰電池工作原理的不同

全釩液流電池是將具有不同價態的釩離子溶液分別作為正極和負極的活性物質,分別儲存在各自的電解液儲罐中。在對電池進行充、放電實驗時,電解液通過泵的作用,由外部貯液罐分別循環流經電池的正極室和負極室,并在電極表面發生氧化和還原反應,實現對電池的充放電。

鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃差電池,正負電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時,Li+從正極脫嵌經過電解質嵌入負極,負極處于富鋰態,正極處于貧鋰態,同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極,保證負極的電荷平衡。放電時則相反,Li+從負極脫嵌,經過電解質嵌入正極,正極處于富鋰態。在正常充放電情況下,鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構氧化物的層間嵌入和脫出,一般只引起層面間距變化,不破壞晶體結構,在充放電過程中,負極材料的化學結構基本不變。因此,從充放電反應的可逆性看,鋰離子電池反應是一種理想的可逆反應。

2、釩電池能量存儲于電解液中,增加電解液儲罐的體積或者提高電解液的濃度均可增加電池容量。即對于相同功率輸出的釩電池,可根據需求任意調整容量,非常適合大容量儲能應用;鋰電池容量則是與正負極材料有關。

3、釩電池輸出功率由電池堆中參與反應的面積決定,可通過增加或減少單電池和不同電池組串連和并聯調整滿足不同功率需求,目前美國商業化示范運行的釩電池的功率已達6000kW;鋰電池很難做到那么大的儲能容量;

4、釩電池充放電不涉及固相反應,電解液的理論使用壽命無限,可以長期使用;鋰電池涉及固相反應,電解液使用壽命有限;

5、釩電池反應速度快,可在瞬間啟動,在運行過程中充放電狀態切換只需要0.02秒,響應速度1毫秒;

6、釩電池理論充放電時間比為1:1(實際運行1.5-1.7:1),支持頻繁大電流充放電,深度充放電對電池壽命影響不大,充放電狀態下電池正、負極活性物質均為液相,不會出現鎳氫電池、鋰離子電池等蓄電池因電極上枝狀晶體的生長而將隔膜刺破導致電池短路的危險;

7、釩電池能量的存儲量可以精確地測量出來;鋰電池不能。

8、釩電池可以通過增加電解液或更換電解液的方式增加系統運行時間。通過更換電解液,可實現瞬間再充電,類似于汽車加油;鋰電池做不到。

9、釩電池系統使用壽命長,充放循環壽命可超過10000次,遠遠高于鋰電池的壽命。目前加拿大VRB Power Systems商業化示范運行時間最長的釩電池模塊已正常運行超過9年,充放循環壽命超過18000次;

10、釩電池安全性高:釩電池無潛在的爆炸或著火危險,即使將正、負極電解液混合也無危險,只是電解液溫度略有升高;鋰電池有潛在的爆炸或著火危險。

11/釩電池除離子膜外,材料價格便宜,來源豐富,不需要貴金屬作電極催化劑,成本低。鋰電池價格較貴,資源稀缺,需要使用貴金屬。

12、釩電池電解液可長期使用,沒有污染排放,對環境友好;鋰電池電解液不可循環使用,有一定的污染。

釩電池存在的問題

目前釩電池存在的技術問題主要有兩個,第一,釩電池正極液中的五價釩在靜置或溫度高于45攝氏度的情況下易析出五氧化二釩沉淀,析出的沉淀堵塞流道,包覆碳氈纖維,惡化電堆性能,直至電堆報廢,而電堆在長時間運行過程中電解液溫度很容易超過45攝氏度。第二,石墨極板要被正極液刻蝕,如果用戶操作得當,石墨板能使用兩年,如果用戶操作不當,一次充電就能讓石墨板完全刻蝕,電堆只能報廢。在正常使用情況下,每隔兩個月就要由專業人士進行一次維護,這種高頻次的維護費錢、費力。

從環保的角度來說,釩電池壓根就不環保,配制電解液用到的原料、正極沉淀以及泄漏的正極液經風干后形成的薄層都有一樣相同東西,那就是五氧化二釩,它是一種劇毒化學品。

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