钒电池技术性能及应用分析

1978年，意大利A.Pellegri等人第一次在专利中提及VRB。1984年以澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）为主对VRB展开了一系列研究，内容涉及电极及隔膜材料、电解液配制方法等方面。UNSW于1955年取得VRB的美国专利，1991年开发出了1kWVRB电堆，其能量效率达81.1%，去除泵的能量损失3%，系统净能量效率78.1%，平均功率密度0.05W/cm²（充放电电流密度40mA/cm²）。

自1985年以来，日本的住友电工（SEI）与关西电力公司（Kansai Electric Power Co.）合作进行VRB的开发工作：1985～1990年成功研制10kW电堆；1991～1994年研制成功60kW电堆；特别是1996年12月SEI建成450kW级VRB电堆，关西电力公司已把它作为子变压电站的一个基本单元进行充放电试验，直至1999年9月，实验数据表明电池循环性能很好，530次循环电池能量效率均值为82.3%（充放电的电流密度50mA/cm²）。

随后，SEI的VRB开发工作节奏明显加快。2000～2002年间SEI分别完成了多项各种储能容量的VRB电池组的建设，例如用于办公楼供电的800kW·h、用半导体工厂的1.5MW·h、用于风力发电场的1MW·h、用于高尔夫球场光伏电池配套的240kW·h以及用于大学校园的5MW·hVRB储能系统等。

1958年日本电工实验室（Electrotechnical Laboratory，Tsukuba，Ibaraki，Japan）也着手进行了VRB的研发工作。在电工实验室的指导下，日本最大的私营电力公司Kashima-Kita从1990年开始开发VRB及相关技术，并在1992年就VRB的研发工作与UNSW签署了许可协议。Kashima-Kita公司相继开发出从电站炉灰提取V₂O₅以及制取高纯度钒电池电解液的技术、低电阻长寿命的聚砜型阴离子交换膜技术以及由具有高反应活性和高导电性的碳纤维构成的双层电极设计，并陆续开发成功2kW和10kWVRB电堆。其中10kW电堆已经过1000次循环试验，平均能量效率保持在80%（充放电电流密度50mA/cm²）。该公司的200kW×4hVRB电堆也于1997年9月建成并联入公司电网系统进行电池操作性能的稳定性测试，目前正致力于开发兆瓦级VRB电堆。

澳大利亚的Pinnacle VRB Ltd公司及加拿大的VRB Power systems公司（Pinnacle VRB现是VRB Power控股66%的一个子公司）在大型钒电池储能系统（VRB-ESS）的开发上也走在世界前列。2003年11月，Pinnacle VRB Ltd公司为澳大利亚Hydro Tasmania on King Island公司建造的与风能及柴油机发电配套的VRB-ESS建成。该系统容量为800kW·h，输出功率200kW，目前已接入混合电站。VRB-ESS的使用除了提高King island岛上居民区的电能供应功率水平、稳定风力发电系统供电外，还减少了柴油机发电，因而减少了燃料费用及向环境中排放的废气量。(www.xing528.com)

2004年2月，VRB Power Systems为Pacific Corp公司（Castle Valley，Utah）建造的大型VRB-ESS正式竣工。该系统储能容量2MW·h、输出功率250kW，是北美地区第一座大型商业化VRB储能系统，主要用于满足美国犹他州东南部偏远地区用电高峰时的电力需求，即起削峰填谷和平衡负荷的作用。

另外，德国、奥地利和葡萄牙正在联合开展将VRB用于太阳能光伏发电系统储能的研究工作；泰国的Cellennium公司（Cellennium Company Limited）也从事VRB的开发及商业化工作，但规模有限。

我国VRB研究始于20世纪90年代，中国地质大学、中国工程物理研究院电子工程研究所、广东工业大学，广西大学、东北大学、中国科学院金属研究所和中南大学等先后发表过关于VRB研究的论文，内容涉及从石煤中提取V₂O₅并制备VOSO₄溶液、钒单电池充放电特性、电极材料、电解液成分分析及稳定性、电极电催化、廉价复合膜及多孔碳黑—石墨复合电极等，在利用电化学手段进行原理性探索的基础研究中做了许多有益的工作。

中国科学院大连化学物理研究所燃料电池工程中心凭借在燃料电池领域的丰富技术积累及千瓦级多硫化钠/溴氧化还原液流储能系统（PSB）开发的成功经验，在VRB的研发上进展迅速，研制出的VRB单电池，常温下100mA/cm²充放电时能量效率达85.3%（输出电压1.47V），输出电压为1V时电池的功率密度达0.72W/cm²。目前千瓦级VRB电堆已集成完毕，性能数据正在测试之中。