釩電池

發(fā)展歷程

　　2011年(辛卯年)11月28日，中國(guó)泰州新能源高層論壇吸引了全國(guó)各地200多位嘉賓參加。中策資本集團(tuán)董事局主席黃友權(quán)懷揣著《釩電池在新能源產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用》報(bào)告在臺(tái)上做了精彩的演講。依據(jù)規(guī)劃，該項(xiàng)目占地1800畝，一期工程將在2012年投產(chǎn)，屆時(shí)可形成25億元的銷售額，2013年全部投產(chǎn)后，有望形成100億元的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，屆時(shí)中策資本集團(tuán)旗下的洋泰能源(泰州)有限公司將成為全球最大的釩電池生產(chǎn)商。所生產(chǎn)的釩電池將從泰州集成后走向全球。

　　近日全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用示范工程通過(guò)了遼寧電力(行情 專區(qū))勘測(cè)設(shè)計(jì)院的驗(yàn)收，目前已經(jīng)全面投入運(yùn)行。業(yè)內(nèi)人士指出，在上述示范項(xiàng)目的良好帶頭作用下，如果今后全釩液流電池在核心技術(shù)研發(fā)、穩(wěn)定性、成本控制等諸多方面取得更大的突破，則將有望成為儲(chǔ)能行業(yè)的“黑馬”；再加上我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)也將步入“釩電池時(shí)代”，預(yù)計(jì)釩礦相關(guān)個(gè)股如明星電力(行情 股吧 買賣點(diǎn))、國(guó)星光電(行情 股吧 買賣點(diǎn))、天興儀表(行情 股吧 買賣點(diǎn))及海亮股份(行情 股吧 買賣點(diǎn))將獲得資金的青睞。

　　釩電池將成儲(chǔ)能首選技術(shù)

　　近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電在中國(guó)發(fā)展得十分迅猛。截至2012年底，風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到7532.4萬(wàn)千瓦；但是，由于風(fēng)能等可再生能源具有不連續(xù)、不穩(wěn)定的非穩(wěn)態(tài)特性，大規(guī)模并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及電能質(zhì)量均會(huì)帶來(lái)不利影響。因此，隨著風(fēng)電裝機(jī)容量占電網(wǎng)電力比例的提高，棄風(fēng)限電現(xiàn)象也頻頻出現(xiàn)。

　　有專家指出，如何提高電網(wǎng)對(duì)于可再生能源的接納能力，減少棄風(fēng)并提高可再生能源利用效率成為今后我國(guó)需要解決的重大問(wèn)題。

　　據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)因其使用壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠等突出的優(yōu)勢(shì)，成為規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一。2012年，美國(guó)制定的儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展規(guī)劃已經(jīng)將全釩液流電池列在首位。據(jù)悉，大規(guī)模儲(chǔ)能電池有三個(gè)基本要求：高安全性、生命周期性價(jià)比高及生命周期環(huán)境友好。

　　作為當(dāng)前儲(chǔ)能的首選技術(shù)之一，全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)安全性高，在常溫常壓下運(yùn)行時(shí)，電池系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量能夠通過(guò)電解質(zhì)溶液有效排出，再通過(guò)熱交換排至系統(tǒng)之外；而且電解質(zhì)溶液為不燃燒、不爆炸的水溶液，系統(tǒng)運(yùn)行安全性高。

　　正因?yàn)槿C液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)擁有諸多優(yōu)勢(shì)，有業(yè)內(nèi)分析人士表示，全釩液流電池技術(shù)未來(lái)在儲(chǔ)能行業(yè)具備無(wú)可估量的發(fā)展?jié)摿?，甚至有可能將改變未?lái)的能源格局。

　　而此次通過(guò)驗(yàn)收的全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其背后是大連化物所與大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司長(zhǎng)達(dá)13年的自主創(chuàng)新研發(fā)與合作。分析人士表示，示范項(xiàng)目的成功運(yùn)行標(biāo)志著我國(guó)全釩液流電池技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，這為可再生能源的普及應(yīng)用提供了有效的技術(shù)支撐，具有重要的社會(huì)效益并將產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　中國(guó)萬(wàn)億儲(chǔ)能市場(chǎng)將啟動(dòng)

　　按照我國(guó)《新能源汽車(行情 專區(qū))產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》和近年來(lái)電池行業(yè)數(shù)據(jù)的測(cè)算，釩電池所應(yīng)用的風(fēng)電儲(chǔ)能設(shè)備和城市調(diào)峰儲(chǔ)能設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將在11000億元左右，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大趨勢(shì)又給釩電池產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了歷史性機(jī)遇。

　　未來(lái)，釩電池將引導(dǎo)世界純電動(dòng)汽車的電池潮流。日前，釩電池已經(jīng)列入國(guó)家“863計(jì)劃”備選項(xiàng)目，中德“波恩項(xiàng)目”新能源汽車項(xiàng)目已于2011年4月份在海南島奠基，投資上百億，而釩電池就屬于重點(diǎn)之一。

　　目前關(guān)于釩電池，政府層面與產(chǎn)業(yè)界以及學(xué)術(shù)界都有共識(shí)，均認(rèn)為釩電池在中國(guó)具備發(fā)展前景。首先，中國(guó)釩礦資源豐富，擁有核心技術(shù)，通過(guò)跨國(guó)整合，目前中國(guó)公司已掌握了世界的釩電池關(guān)鍵技術(shù)，釩電池的特點(diǎn)也適合中國(guó)電網(wǎng)的需求，如壽命長(zhǎng)、可重復(fù)放電、可靠性高，完全能滿足中國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的需求。

　　據(jù)了解，在日本用于電站調(diào)峰和風(fēng)力儲(chǔ)能的釩電池發(fā)展迅速，大功率的釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已投入使用，并全力推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。但在我國(guó)，釩電池產(chǎn)業(yè)還處于起步階段。針對(duì)國(guó)內(nèi)在釩電池領(lǐng)域的萌芽狀況，中策資本集團(tuán)憑借在礦產(chǎn)能源領(lǐng)域的廣泛投資，目前在徐州、南陽(yáng)等地建立了釩電池原材料(行情 專區(qū))生產(chǎn)基地，并在國(guó)內(nèi)最大的風(fēng)力發(fā)電基地甘肅玉門建立了風(fēng)、光、電儲(chǔ)一體化的國(guó)家級(jí)示范基地。此外，該集團(tuán)通過(guò)股權(quán)紐帶引進(jìn)了日本、韓國(guó)釩電池新技術(shù)，再進(jìn)行吸收、消化和創(chuàng)新，組建了中日韓工程技術(shù)聯(lián)合研發(fā)中心，并在全球多個(gè)國(guó)家申請(qǐng)了專利。

　　據(jù)相關(guān)資料顯示，我國(guó)釩儲(chǔ)量占全球釩儲(chǔ)量的35%，居全球第一位；我國(guó)釩產(chǎn)量占到全球產(chǎn)量的48%，2010年我國(guó)釩產(chǎn)量達(dá)到6.15萬(wàn)噸，優(yōu)越的資源稟賦為我國(guó)發(fā)展釩電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。

　　業(yè)內(nèi)人士表示，釩電池是一種基于金屬釩元素的氧化還原電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，非常適用于大型靜態(tài)儲(chǔ)能，未來(lái)將被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能、風(fēng)能發(fā)電儲(chǔ)能設(shè)備、電站儲(chǔ)能調(diào)峰以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域，或成為未來(lái)電池發(fā)展的重要方向。而為了減少風(fēng)電、光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，每臺(tái)發(fā)電裝置需配備一款功率相當(dāng)于其功率10%-50%，且儲(chǔ)能需求高于風(fēng)電裝機(jī)容量的20%以上的儲(chǔ)能蓄電池。有券商分析師估算，2020年中國(guó)的釩電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到1.6萬(wàn)億元，其中風(fēng)電的產(chǎn)值將是主要部分。

　　涉釩概念股引關(guān)注

　　在全球最大規(guī)模的5MW/10MWh全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)用示范工程這一示范項(xiàng)目的良好帶頭作用下，未來(lái)釩電池有望成為儲(chǔ)能行業(yè)的“黑馬”；再加上我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)也將步入“釩電池時(shí)代”，預(yù)計(jì)釩礦相關(guān)個(gè)股如明星電力、國(guó)星光電、天興儀表及海亮股份將獲得資金的青睞。

　　明星電力(600101)：有分析人士指出，釩具有“現(xiàn)代工業(yè)的味精”之稱。公司持有四川奧深達(dá)資源投資開(kāi)發(fā)公司100%的股權(quán)，奧深達(dá)公司在礦產(chǎn)勘探、開(kāi)發(fā)等方面開(kāi)展了大量的工作，公司已獲得四川甘孜和平武、陜西山陽(yáng)、西藏江達(dá)、新疆且末等地的鐵、錳、釩、銀、銅、鉛、鋅等各類礦權(quán)共7宗。其中，奧深達(dá)的核心資產(chǎn)為持股比例75%的陜西山陽(yáng)縣楊洼釩礦項(xiàng)目(已經(jīng)獲得采礦權(quán)).

　　國(guó)星光電(002449)：2013年1月，公司股東大會(huì)同意調(diào)整釩業(yè)項(xiàng)目的投資實(shí)施主體，將以龍宇釩業(yè)為主體繼續(xù)實(shí)施該項(xiàng)目。而龍宇釩業(yè)自2005年底依賴擁有河南省淅川縣打磨溝的釩礦采礦權(quán)，并已取得國(guó)土資源部門頒發(fā)的采礦許可證，該礦區(qū)礦石中主要有益元素是五氧化二釩。

　　天興儀表(000710)：2008年6月，公司完成收購(gòu)鑫地隆礦業(yè)公司70%的股權(quán)，目前該公司已取得了耀嶺河釩礦的采礦許可證，有效期限為3年，自2010年12月28日至2013年12月28日。該項(xiàng)目勘查面積為6.46平方公里，目前鑫地隆所擁有的耀嶺河釩礦內(nèi)蘊(yùn)礦石儲(chǔ)量2382萬(wàn)噸，該項(xiàng)目工程建設(shè)(行情 專區(qū))需投入資金6000萬(wàn)元左右，公司尚需籌措資金才能進(jìn)行投資建設(shè)。

　　海亮股份(002203)：公司持有恒昊礦業(yè)股份5000萬(wàn)股的股權(quán)，占恒昊礦業(yè)增發(fā)后總股本的12.89%。據(jù)悉，恒昊礦業(yè)擁有四座鎳礦山、一座釩礦山、兩座錳礦山和兩座銅鉬礦山，釩金屬儲(chǔ)量達(dá)42.03萬(wàn)噸。

　　實(shí)際應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)

　　一、電堆作為發(fā)生反應(yīng)的場(chǎng)所與存放電解液的儲(chǔ)罐分開(kāi)，從根本上克服了傳統(tǒng)電池的自放電現(xiàn)象。功率只取決于電堆大小，容量只取決于電解液儲(chǔ)量和濃度，設(shè)計(jì)非常靈活；當(dāng)功率一定時(shí)，要增加儲(chǔ)能容量，只需要增大電解液儲(chǔ)罐容積或提高電解液體積或濃度即可，而不需改變電堆大??；可通過(guò)更換或添加充電狀態(tài)的電解液實(shí)現(xiàn)“瞬間充電”的目的?？捎糜诮ㄔ烨呒?jí)到百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，適應(yīng)性很強(qiáng)。

　　二、充、放電性能好，可以進(jìn)行大功率的充電和放電，也可以允許浮充和深度放電。對(duì)鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，放電電流越大，電池的壽命越短；放電深度越深，電池的壽命也越短。而釩電池放電深度即使達(dá)到100%，也不會(huì)對(duì)電池造成影響。而且釩電池不易發(fā)生短路，[1] 這就避免了因短路而引起的爆炸等安全問(wèn)題。

　　三、可充放電次數(shù)極大，理論上壽命是無(wú)數(shù)次。充放電時(shí)間比為1：1，而鉛酸電池是4：1。而且釩電池充、放切換響應(yīng)速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供電。

　　四、能量效率高，直流對(duì)直流能量效率可以達(dá)到80%以上，而鉛酸電池只有60%左右。釩電池組中的各個(gè)單位電池狀態(tài)基本一致，維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

　　五、選址自由度大，占地少，系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生酸霧，沒(méi)有酸腐蝕。電解液可反復(fù)利用，無(wú)排放，維護(hù)簡(jiǎn)單，操作成本低。是一種綠色環(huán)保儲(chǔ)能技術(shù)。因此對(duì)于可再生能源發(fā)電，釩電池是鉛酸電池理想的替代品。

　　釩電池優(yōu)點(diǎn)

　　與其它化學(xué)電源相比，釩電池具有明顯的優(yōu)越性，主要優(yōu)點(diǎn)如下：

　　1.功率大：通過(guò)增加單片電池的數(shù)量和電極面積，即可增加釩電池的功率，美國(guó)商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6兆瓦。

　　2.容量大：通過(guò)任意增加電解液的體積，即可任意增加釩電池的電量，可達(dá)吉瓦時(shí)以上；通過(guò)提高電解液的濃度，即可成倍增加釩電池的電量。

　　3.效率高：由于釩電池的電極催化活性高，且正、負(fù)極活性物質(zhì)分別存儲(chǔ)在正、負(fù)極電解液儲(chǔ)槽中，避免了正、負(fù)極活性物質(zhì)的自放電消耗，釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)75%以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45%。

　　4.壽命長(zhǎng)：由于釩電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)只分別存在于正、負(fù)極電解液中，充放電時(shí)無(wú)其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長(zhǎng)。加拿大VRBPowerSystems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過(guò)9年，充放循環(huán)壽命超過(guò)18000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定型鉛酸電池的1000次。

　　5.響應(yīng)速度快：釩電池堆里充滿電解液可在瞬間啟動(dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應(yīng)速度1毫秒。

　　6.可瞬間充電：通過(guò)更換電解液可實(shí)現(xiàn)釩電池瞬間充電。

　　7.安全性高：釩電池?zé)o潛在的爆炸或著火危險(xiǎn)，即使將正、負(fù)極電解液混合也無(wú)危險(xiǎn)，只是電解液溫度略有升高。

　　8.成本低：除離子膜外，釩電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來(lái)源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。

　　9.釩電池選址自由度大，可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無(wú)污染。

　　釩電池缺陷

　　釩電池存在的技術(shù)問(wèn)題主要有兩個(gè)，第一，釩電池正極液中的五價(jià)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?xì)掷w維，惡化電堆性能，直至電堆報(bào)廢，而電堆在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中電解液溫度很容易超過(guò)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(dāng)，石墨板能使用兩年，如果用戶操作不當(dāng)，一次充電就能讓石墨板完全刻蝕，電堆只能報(bào)廢。在正常使用情況下，每隔兩個(gè)月就要由專業(yè)人士進(jìn)行一次維護(hù)，這種高頻次的維護(hù)費(fèi)錢、費(fèi)力。

　　另外，釩電池成本過(guò)高。以一個(gè)五千瓦電池為例，電解液（一立方，1.8mol/L）17萬(wàn)、控制系統(tǒng)10萬(wàn)、隔膜7萬(wàn)、板框4萬(wàn)、石墨板1.5萬(wàn)、泵0.7萬(wàn)、碳?xì)?.4萬(wàn)，總共40.6萬(wàn)，這只是主要材料成本，沒(méi)計(jì)入次要材料成本和人力成本。因此，一個(gè)五千瓦釩電池的成本在四十萬(wàn)以上，高出相同規(guī)格鉛酸電池的成本數(shù)倍。

　　從環(huán)保的角度來(lái)說(shuō)，釩電池壓根就不環(huán)保，配制電解液用到的原料、正極沉淀以及泄漏的正極液經(jīng)風(fēng)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(xué)品。

　　因此，釩電池還有很多問(wèn)題需要解決，讓人無(wú)法樂(lè)觀的是，釩電池在國(guó)內(nèi)被研究十多年來(lái)還沒(méi)有哪家科研機(jī)構(gòu)取得了突破。

　　釩的新應(yīng)用

　　釩電池具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，可深度大電流密度放電；充電迅速；比能量高；價(jià)格低廉；應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊：如可作為大廈、機(jī)場(chǎng)、程控交換站備用電源；可作為太陽(yáng)能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲(chǔ)能裝置；為潛艇、遠(yuǎn)洋輪船提供電力以及用于電網(wǎng)調(diào)峰等。

　　釩電池優(yōu)勢(shì)

　　釩電池成本與鉛酸電池相近，它還可制備兆瓦級(jí)電池組，大功率長(zhǎng)時(shí)間提供電能，因此釩電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有鋰離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。釩電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，電性能優(yōu)異，與制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴的燃料電池相比，無(wú)論是在大規(guī)模儲(chǔ)能還是電動(dòng)汽車動(dòng)力電源的應(yīng)用前景方面，都更具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

　　國(guó)外發(fā)展

　　釩電池（VRB）是一種新型清潔能源存儲(chǔ)裝置，經(jīng)過(guò)美國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)家的應(yīng)用驗(yàn)證，與市場(chǎng)中的鉛酸蓄電池、鎳氫電池相比，具有大功率、長(zhǎng)壽命、支持頻繁大電流充放電、綠色無(wú)污染等明顯技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于再生能源并網(wǎng)發(fā)電、城市電網(wǎng)儲(chǔ)能、遠(yuǎn)程供電、UPS系統(tǒng)、海島應(yīng)用等領(lǐng)域。

　　早在60年代，就有鐵—鉻體系的氧化還原電池問(wèn)世，但是釩系的氧化還原電池是在1985年由澳大利亞新南威爾士大學(xué)的Marria Kacos提出，經(jīng)過(guò)十多年的研發(fā)，釩電池技術(shù)已經(jīng)趨近成熟。在日本，用于電站調(diào)峰和風(fēng)力儲(chǔ)能的固定型（相對(duì)于電動(dòng)車用而言）釩電池發(fā)展迅速，大功率的釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已投入實(shí)用，并全力推進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。

　　國(guó)內(nèi)發(fā)展

　　前期工作：我單位從1995年率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)始釩電池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的釩電池樣機(jī)，在釩電池的關(guān)鍵技術(shù)上有所突破，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。成功開(kāi)發(fā)了四價(jià)釩溶液制備、導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)、中型電池組裝配和調(diào)試等技術(shù)。1998年，500w的釩電池樣機(jī)用于電瓶車的驅(qū)動(dòng)?，F(xiàn)已研制出800W的產(chǎn)品樣機(jī)。

主要參數(shù)

　　如下：?jiǎn)误w數(shù)：10個(gè)電極面積：784cm2；

　　單體電池厚度：13mm；

　　電解液濃度：1.5M VOSO4+2M H2SO4；

　　電解液量：10L；

　　理論容量：200Ah；

　　最大充電電流：80A（電流密度102mA/cm2）；

　　充電電壓（50^充電狀態(tài)）：40A充電電壓為15.0V，80A充電電壓為16.5V；

　　充電容量：40Ah；

　　最大放電電流：80A（電流密度102mA/cm2）；

　　放電電壓（50^放電狀態(tài)）：40A放電電壓為11.5V，80A放電電壓為10V；

　　放電容量：30Ah；

　　充放電利用率：≥80^；

　　電堆最大功率：≥800W。

運(yùn)作原理

　　工作原理

　　釩電池（VRB）是一種可以流動(dòng)的電池，正在逐步進(jìn)入商用化階段。VRB作為一種化學(xué)的能源存儲(chǔ)技術(shù)，和傳統(tǒng)的鉛酸電池、鎳鎘電池相比，它在設(shè)計(jì)上有許多獨(dú)特之處，性能上也適用于多種工業(yè)場(chǎng)合，比如可以替代油機(jī)、備用電源等。利用VRB技術(shù)設(shè)計(jì)制造的VESS系統(tǒng)（VanadiumEnergy Storage System，即釩能源存儲(chǔ)系統(tǒng)），其設(shè)計(jì)和操作特性在VRB的基礎(chǔ)之上被優(yōu)化，而且集成了許多自動(dòng)化的智能控制和用于管理操作的電子裝置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，釩電池將存儲(chǔ)在電解液中的能量轉(zhuǎn)換為電能，這是通過(guò)兩個(gè)不同類型的、被一層隔膜隔開(kāi)的釩離子之間交換電子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電解液是由硫酸和釩混合而成的，酸性和傳統(tǒng)的鉛酸電池一樣。由于這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)是可逆的，所以VRB電池既可以充電，也可以放電。充放電時(shí)隨著兩種釩離子濃度的變化，電能和化學(xué)能能相互轉(zhuǎn)換。 VRB電池由兩個(gè)電解液池和一層層的電池單元組成。電解液池用于盛兩種不同的電解液。每個(gè)電池單元由兩個(gè)“半單元”組成，中間夾著隔膜和用于收集電流的電極。兩個(gè)不同的“半單元”中盛放著不同離子形態(tài)的釩的電解液。每個(gè)電解液池配有一個(gè)泵，用于在封閉的管道中為每一個(gè)“半單元”輸送電解液。當(dāng)帶電的電解液在一層層的電池單元中流動(dòng)時(shí)，電子就流動(dòng)到外部電路，這就是放電過(guò)程。當(dāng)從外部將電子輸送到電池內(nèi)部時(shí)，相反的過(guò)程就發(fā)生了，這就是給電池單元中的電解液充電，然后再由泵輸送回電解液池。在 VRB中，電解液在多個(gè)電池單元間流動(dòng)，電壓是各單元電壓串聯(lián)形成的。標(biāo)稱電壓是1.2V。電流密度由電池單元內(nèi)電流收集極的表面積決定，但是電流的供應(yīng)取決于電解液在電池單元間的流動(dòng)，而不是電池層本身。VRB電池技術(shù)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是：峰值功率取決于電池層總的表面積，而電池的電量則取決于電解液的多少。在傳統(tǒng)的鉛酸和鎳福電池中，電極和電解液被放置到一塊，功率和能量強(qiáng)烈地依賴于極板面積和電解液的容量。但VRB電池不是這樣，它的電極和電解液不一定必須放到一塊，這就意味著能量的存放可以不受電池外殼的限制。從電力上來(lái)講，不同等級(jí)的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過(guò)提供足夠的電解液來(lái)得到。給電池層充電和放電不一定需要相同的電壓。例如，VRB電池可以用串聯(lián)電池層的電壓放電，而充電則可以在電池層的另一部分用不同的電壓進(jìn)行。

　　VRB電池

　　VRB電池用于通信，其優(yōu)點(diǎn)明顯：

　　（1）能量循環(huán)效率高；

　?。?）深度放電后壽不會(huì)受影響；

　?。?）不會(huì)由于電解液的腐蝕而使化學(xué)特性受到影響；

　?。?）電解液可以無(wú)限期使用（沒(méi)有處理的問(wèn)題）；

　?。?）循環(huán)壽命是無(wú)限的（僅受隔膜的限制）；

　?。?）能量的存儲(chǔ)量可以精確地測(cè)量出來(lái)；

　?。?）在使用中對(duì)環(huán)境的影響很小。這些特性為在各種各樣的通信應(yīng)用中發(fā)展直流能源存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了保障。

　　VESS電池

　　VESS是把VRB集成起來(lái)的、一個(gè)實(shí)用的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中采用的專家控制技術(shù)，可以使操作管理、容量管理、日常維護(hù)、糾錯(cuò)處理、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視和外部通信自動(dòng)化。 VESS放棄了在傳統(tǒng)的備用能源中常用的如充電、放電、線電壓等概念，而以能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移的概念來(lái)代替。 VESS在通信中應(yīng)用的一個(gè)主要特征：VESS可以對(duì)現(xiàn)有的通信動(dòng)力基礎(chǔ)設(shè)施做出更有利的使用，而且可以考慮在新的無(wú)污染的通信應(yīng)用中引入能源存儲(chǔ)的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　作為一個(gè)單一的能源存儲(chǔ)元件， VESS只需安裝一次就可以多種不同的電壓提供動(dòng)力。相對(duì)于傳統(tǒng)的串聯(lián)型的鉛酸或鎳鎘電池，這種優(yōu)越性是顯著的。

　　從存儲(chǔ)的觀點(diǎn)看，這是因?yàn)椋?/p>

　?。?）所有存儲(chǔ)起來(lái)的能量都在電解液中；

　?。?）可以輸出的動(dòng)力取決于電極（層）的尺寸；

　?。?）系統(tǒng)能量的密度可以從物理上和系統(tǒng)存儲(chǔ)的能量隔離開(kāi)來(lái)；

　?。?）存儲(chǔ)起來(lái)的能量很穩(wěn)定。

　　從系統(tǒng)運(yùn)行的觀點(diǎn)看，這是因?yàn)椋?/p>

　?。?）每一個(gè)單元都具有相同的帶電狀態(tài)；

　?。?）系統(tǒng)可以同時(shí)充電和放電；

　?。?）充電速度比鉛酸電池快；

　?。?）運(yùn)行時(shí)可以有一種或多種電輸入，而且可以輸出多種電壓值；

　?。?）有自動(dòng)功能，可以自動(dòng)整流和自動(dòng)保護(hù)。

　　從系統(tǒng)維護(hù)的觀點(diǎn)，這是因?yàn)椋?/p>

　?。?）可以通過(guò)添加電解液來(lái)增加系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行的時(shí)間；

　?。?）系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)可以在任何時(shí)間增加，費(fèi)用只有鉛酸電池的20%；

　　（3）壽長(zhǎng)使用完后只需更換部分零部件；

　　（4）維護(hù)量很少。

　　和傳統(tǒng)的二次電池技術(shù)相比，VRB在成本上很有競(jìng)爭(zhēng)性，而且采用鉛酸電池技術(shù)會(huì)很貴或不可能實(shí)現(xiàn)的一些應(yīng)用，用VESS就可以很容易實(shí)現(xiàn)。因此直流電源系統(tǒng)，VESS是一種很理想的替代品。 VESS電池的容量只需用油量表就可以知道，并且能量存儲(chǔ)的成本很低，所以它在通信應(yīng)用中的前景是很誘人的。另外，VESS的能量存儲(chǔ)輕便，并且存儲(chǔ)和使用相互獨(dú)立，所以可以用在通信應(yīng)用的特定場(chǎng)合。替代油機(jī)。通信動(dòng)力系統(tǒng)中通常都使用柴油發(fā)電機(jī)，以便在停電時(shí)提供長(zhǎng)時(shí)間的動(dòng)力。當(dāng)油機(jī)啟動(dòng)和預(yù)熱時(shí)，通常需要一個(gè)電池來(lái)提供短時(shí)間的動(dòng)力。在通信站還經(jīng)常使用UPS來(lái)提供交流不間斷和直流不間斷電源，兩者都需要一個(gè)單獨(dú)的電池。一些小站口使用一個(gè)電池供應(yīng)不間斷的直流電源，不間斷交流電源則通過(guò)逆變需得到。備用系統(tǒng)的油機(jī)在動(dòng)力系統(tǒng)的投資中占了很大一部分，而且需要持續(xù)不斷的機(jī)械維護(hù)以保證其可靠性。在實(shí)際應(yīng)用中，油機(jī)的利用率很低，因此其單位時(shí)間的使用成本是比較高的。而基于VESS的新系統(tǒng)則有潛力替代動(dòng)力系統(tǒng)中的油機(jī)，為UPS和高可靠性的直流電源提供總的、多功能的能量存儲(chǔ)解決方案。替代太陽(yáng)能電池。一些通信管理部門維護(hù)著巨大的、地理分布很廣的太陽(yáng)能電池供電的通信網(wǎng)絡(luò)。太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)零件通常是鉛酸電池，這需要的維護(hù)量很大。VE SS有潛力替代太陽(yáng)能電池，減少成本，提高生產(chǎn)率。

　　VESS的優(yōu)點(diǎn)

　　在典型的通信應(yīng)用中，和鉛酸電池相比，VESS有許多優(yōu)點(diǎn)；

　?。?）自動(dòng)控制功能提供了自動(dòng)保護(hù)、自動(dòng)整流和系統(tǒng)控制界面；

　?。?）內(nèi)部控制單元可以控制其它的系統(tǒng)部件；

　?。?）能量的存儲(chǔ)量可以很精確地直接讀出；

　?。?）壽長(zhǎng)，使用5年左右的時(shí)間后，只需更換部分零部件；

　　（5）能量的存儲(chǔ)量可以在任何時(shí)間添加，成本只有鉛酸電池的20%，約為200 美元/kWh。

技術(shù)特點(diǎn)

　　(1)能量存儲(chǔ)于電解液中，增加電解液儲(chǔ)罐的體積或者提高電解液的濃度均可增加電池容量。即對(duì)于相同功率輸出的釩電池，可根據(jù)需求任意調(diào)整容量。非常適合大容量?jī)?chǔ)能應(yīng)用；

　　(2) 輸出功率由電池堆中參與反應(yīng)的面積決定，可通過(guò)增加或減少單電池和不同電池組串連和并聯(lián)調(diào)整滿足不同功率需求，美國(guó)商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6000kW；

　　(3) 充放電不涉及固相反應(yīng)，電解液的理論使用壽命無(wú)限，可以長(zhǎng)期使用。鉛酸蓄電池充電過(guò)程中，溶液中的鉛離子轉(zhuǎn)化為固態(tài)氧化鉛沉積在電極表面，放電過(guò)程中固態(tài)氧化鉛電極重新溶解進(jìn)入液相，充放電過(guò)程伴隨極板物質(zhì)的液相/固相轉(zhuǎn)化。為了保證固態(tài)氧化鉛電極晶型的穩(wěn)定性，電池充放電程度需要嚴(yán)格控制；電極結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致電化學(xué)性能逐漸劣化，原理上決定了有限的充放電循環(huán)和電池壽命；

　　(4) 反應(yīng)速度快，可在瞬間啟動(dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應(yīng)速度1毫秒；

　　(5) 理論充放電時(shí)間比為1：1(實(shí)際運(yùn)行1.5-1.7：1)，支持頻繁大電流充放電，深度充放電對(duì)電池壽命影響不大，充放電狀態(tài)下電池正、負(fù)極活性物質(zhì)均為液相，不會(huì)出現(xiàn)鎳氫電池、鋰離子電池等蓄電池因電極上枝狀晶體的生長(zhǎng)而將隔膜刺破導(dǎo)致電池短路的危險(xiǎn)；

　　(6) 電池堆可與電解液相分離，存儲(chǔ)于電解液中的能量可長(zhǎng)期保存，不會(huì)因自放電損耗；

　　(7) 能量循環(huán)效率高，充放電能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)75%以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45%。電解液在充放電過(guò)程中不消耗，重復(fù)充放電不影響電池容量；

　　(8) 能量的存儲(chǔ)量可以精確地測(cè)量出來(lái)；

　　(9) 正負(fù)極使用同一種金屬離子的電解液，避免了電解液交叉污染問(wèn)題，提高了電池的效率和壽命；

　　(10) 電解液的流動(dòng)性，可使電池組中各個(gè)單電池狀態(tài)基本一致，可靠性高；

　　(11) 可以通過(guò)增加電解液或更換電解液的方式增加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。通過(guò)更換電解液，可實(shí)現(xiàn)瞬間再充電，類似于汽車加油。

　　(12) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換和維修容易，使用費(fèi)用低廉，維護(hù)工作量??；

　　(13) 可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無(wú)噪音，無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本低。

　　(14) 可以同時(shí)對(duì)系統(tǒng)充電和放電，充放電方式可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整?？梢酝瑫r(shí)有一種或多種電輸入，也可以輸出多種電壓。如可以用串聯(lián)電池組的電壓放電，而充電則可以在電池堆的另一部分用不同的電壓進(jìn)行。

　　(15) 系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)，充放循環(huán)壽命可超過(guò)10000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定型鉛酸電池的1000次。加拿大VRB Power Systems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過(guò)9年，充放循環(huán)壽命超過(guò)18000次；

　　(16) 除離子膜外，材料價(jià)格便宜，來(lái)源豐富，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。批量化生產(chǎn)后成本甚至低于鉛酸電池；

　　(17) 電解液可長(zhǎng)期使用，沒(méi)有污染排放，對(duì)環(huán)境友好。