钒电池技术总结.docVIP

一、蓄电技术简介 1、由于人类对于电力资源的不断需求，必须开发大规模的蓄电技术，大规模的蓄电系统首先与可再生能源配套，其次在直流用户中进行削峰填谷、平衡电荷或非常时期应急备用。 表1：储能技术及种类、应用领域 现有的高效大规模储电技术主要有扬水储电和液流储能电池蓄电技术（比较灵活的，规模可大可小）。 氧化还原储流电池有很多的优势： 活性物质是以液态粒子形式存在的，电极反应不涉及物态变化，只是钒离子价态发生变化，这样反应速度快，活性物质寿命长； 电堆和活性物质电解液是各自独立的，工作时电解液（不工作时在正负极储液罐）进入循环，同事循环电解液可以散热； 活性物质不消耗，因此液流电池循环寿命长；电池功率由电堆决定，容量由电解液决定（可以提高电解液体积和浓度），即功率和容量相互独立，也是单独设计的； 可以深度放电，甚至反极充电（例2V充电100V放电）； 结构简单，可以更换电解液。 其中钒电池VRB和多硫化钠/溴电池PSB有很大的优势。 2、钒电池工作原理如下： 全钒液流储能电池AVRB类似于VRB，不同在与正极电对上 正极电对为VO2+/VO23+,电子反应时类似，负极相同。电对间的标准电势差为1.259V。 多硫化钠/溴电池（PSB） 放电的负极反应：（x+1）Na2Sx→2Na++xNa2Sx+1+2e x=1-4 Na离子通过阳离子交换膜到达正极 2Na++Br2+2e→2NaBr 放电的全反应：（x+1）Na2Sx+Br2→2NaBr+ xNa2Sx+1 VRB电池：正极为V4+/V5+点对，负极为V2+/V3+电对，中间由离子交换膜隔开，通过离子的定向移动导通 正极：V4+—e→←V5+ 负极 V3++E→←V4+ 或者这样写： 正极：VO2++2H++e→←VO2+H2O E0=1.004V 负极：V2+-e→←V3+ E0=-0.225V 总反应：VO2++2H++ V2+→←V3++ VO2+H2O E0为标准电势，钒电池电势差为1.26V。上面得电子时充电，失电子为放电。 99%的钒电池充电电压理论上为1.49V，99%放电态变压1.01V。 全钒液流储电电池的优点在哪里：a没有其它电池那样存在电解液正负极的交叉感染，导致电池过早失效。b钒离子电化学可逆性高，能量密度高，适合大电流的快速放电。c完全密封，近似“绿色” 钒电池之组成 从图中看到系统可以看出由电堆系统、电解液系统和控制集成系统组成。（假设应用在电动汽车上，没有电时可以到换电站换下储液罐就可以继续行驶，但是钒电池能量密度低，需要体积很大，还有待解决（关于历史和现在看钒电池） 二、双极板技术与原理 双极板在VRB中的作用：在2-3mol\L的钒溶液中起隔绝正负极和导电作用。因此要求双极板具有密闭性、导电性和防腐性良好。 全液相反应液流电池电极，属于第三类电极，固相正负极起提供反应界面和作为集流体。石墨板作电极几个循环后就发生刻蚀，聚乙烯导电塑料板有时正极一侧也会出现鼓包现象。正负极以硫酸钒和硫酸为电解液（例如1.8mol/L和2mol\L） 一种结论：a、电阻率随含碳量的增加而降低，与铜网复合电阻率低。 B、正极板碳流失存在高电压充电和过冲有关。原因是高压处于吸附状态，水吸附态生成氧吸附，与正极碳生成CO\CO2。增加大量的炭黑时，无定型碳的流失，时间长久后电阻会增加。 1、塑料的导电原理： 渗漏理论： 导电粒子的浓度达到一定值时造成电流渗漏，该浓度叫渗漏阀值。 有效介质理论：导电粒子填充了塑料中的空穴和空间。 量子力学隧道理论：高导组分含量较低时还能够导电不是靠导电粒子之间接触来完成的，而是靠电子在粒子之间的跃迁来完成的。 当炭黑加入量小于15%时，隧道效应和场致效应起主要作用，电阻随加入量增加而增加；大于15%时导电能带起主要作用，炭黑间间距缩短，当达到几十纳米范围形成导电网络，电阻率下降迅速；大于20%时，下降变缓。（一般认为，导电现象是因为导电粒子之间的连接形成的） 2、双极板类别 双极板是液流电池的关键部位，要求它有良好的导电性能，阻液性能，力学性能和良好的化学稳定性。现有双极板的主要材料有以下几种，并说明缺点： 金属电极：全钒液流储电电池的电解液有强酸性和强氧化还原性，所以金属电极并不使用于此。例如铅钛电极出现钝化膜的问题；钛基铂价格昂贵；钛基氧化铱表面容易脱落。 纯石墨电极：电导率很高，化学性能好，阻液性能好，可以获得80%的能量。但是成本高和它的材质较脆限制了应用。参见（US.Patent 4786567）。例如碳素类电极易被腐蚀，涂上聚苯胺几次放电也要脱落。石墨在充电电压1.75V以上的时候也和容易被腐