(1)钒电池的技术性能参数
某典型钒电池的主要技术性能参数见表3-10。
表3-10 某典型钒电池的技术性能参数
(2)钒电池的充放电特性
1)典型充放电曲线。对一个单体电池进行恒流充放电,其充放电曲线如图3-16所示,横轴为与容量有关的充放电时间,纵轴为电池的端口电压。从图中我们可以看出,其充放电曲线均比较平直,说明其充放电特性比较好。
2)充放电电流密度对钒电池性能的影响。钒电池的库仑效率和能量效率与充放电电流密度的关系如图3-17所示。从图中我们可知:
随着充放电电流密度的增加,电池的库仑效率增加,这是因为钒电池在充放电过程中有一定的自放电反应,充放电电流密度越大,充放电时间越短,放电反应造成的库仑损失也就越小,电池的库仑效率越高。
随着充电电流密度的进一步增加,电池有严重的副反应发生,从而导致电池的能量效率降低。这主要是因为钒电池的电压效率随着充放电电流密度的增加,电池的极化增大,导致电池的电压效率降低,从而使得电池的能量效率降低。
图3-16 钒电池典型充放电曲线
图3-17 钒电池的库仑效率和能量效率与充放电电流密度的关系
3)充放电电流密度对钒电池容量的影响。钒电池的充放电容量与电流密度的关系如图3-18所示,从图中我们可以得知:
钒电池的充电容量随着电流密度的增加而降低,这主要是由于充电电流密度的增加,缩短了充电时间,减少了电池自放电造成的容量损失;充电电流密度达到某一个值后,充电容量减少的量越来越小。这是由于电极的副反应加剧,导致电池容易达到充电电压上限。
放电容量随着电流密度的增加而减少,这是由于随着放电电流密度的增大,电化学极化增大,导致放电电压较快到达放电下限,因此电池放出的容量就越低。(www.xing528.com)
图3-18 钒电池的充放电容量与电流密度的关系
(3)钒电池的特点
钒电池是一种优良储能系统,具有很多独特的优点:
1)功率和容量大,且额定功率和额定容量是独立的:功率大小取决于电池堆,容量大小取决于电解液。可通过增加电解液的量或提高电解质的浓度,达到增加电池容量的目的;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6MW。
2)转换效率高:可达到70%~80%。
3)充放电期间电池只发生液相反应,不发生普通电池复杂的固相变化,因而电化学极化较小。
4)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,充放电时无其他电池常有的物相变化,可100%深度放电而不损伤电池,电池使用寿命长;电池在不用时电解液分别在两个不同的储罐中密封存放,没有普通电池常存在的自放电及电解液变质问题。日本北海道一个32MW风电场配套的4MW钒电池项目中,钒电池储能系统已经充放电27万多次,至今仍然运转正常,远远高于铅酸电池的1000多次。
5)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0.02s,响应速度1ms。
6)理论充放电时间比为1∶1(实际运行1.5~1.7),支持频繁大电流充放电,深度充放电对电池寿命影响不大,充放电状态下电池正、负极活性物质均为液相,不会出现镍氢电池、锂离子电池等蓄电池因电极上枝状晶体的生长而将隔膜刺破导致电池短路的危险。
7)自放电率低,可以长期保存。
8)安全可靠性高: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。
9)成本低:电池结构简单,除离子膜外其他材料价格便宜,更换和维修费用低。
10)电解液可以循环使用,电极反应过程中无有害气体产生,对环境无污染,是一种新型环保电池。
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