在各類儲能電池中,釩液流電池優(yōu)點十分明顯:
1)安全性高:釩電池無爆炸、火災隱患。釩電池的活性物質以液態(tài)形式貯存在電堆外部的儲液罐中, 流動的活性物質使?jié)獠顦O化可減至最小,即使正負電解液混合,也無危險,但電解液溫度略有上升。此外,其所有的部件基本上都浸泡在溶液當中,散熱得到了溶液的支持,同時由于開放的體系,不會存在類似鋰電池熱失控這一問題。
2)儲能上限高且可控:電池容量取決于外部活性溶液的多少,通過增加電解液的體積,可以任意增加釩電池的儲能容量,相比于鋰電池來說它的可擴充性非常大,調整容易。
3)功率大:通過增加單片機電池的數(shù)量和電極面積,增加電解液的濃度,可以提高釩電池的功率。
4)效率高:由于釩電池電極的催化活性高,正負活性物質分別儲存在正負電解液儲槽中,避免了正負活性物質的自放電消耗,滿充后可長期保持,極低的自放電率,自放電幾乎可以忽略不計。充放電能量轉換釩電池的效率高達75%以上。
5)使用周期長:由于釩電池正負活性物質分別只存在于正極和負極電解液中,在充放電過程中不存在復雜的固相反應, 因此電池壽命長。能耐受大電流充放,可以在不損壞電池的情況下進行深放電,循環(huán)次數(shù)≥13000 次以上,電池使用壽命可達15-20 年。
6)響應速度快:釩電池組充滿電解液瞬間啟動。運行過程中,充放電狀態(tài)切換僅需0.02 秒,響應速度為1 毫秒。
7)充電便捷:可以通過直接更換電解液實現(xiàn)釩電池的瞬間充電。
8)環(huán)境友好:和常用的鉛酸電池相比,在靜態(tài)運行時,壽命周期內總的排放量僅有鉛酸電池的7-25%;電解液可更換、回收,離子膜不需要貴金屬作電極催化劑,電極材料多為碳材料制品。
9)安置便利:釩電池可全自動封閉運行,正常工作時對外界無污染,安裝定位自由度大,除溫度外對安裝環(huán)境沒有過高要求。
另一方面,釩電池也存在明顯的缺點:
1)體積、質量龐大:受制于電解液中離子溶解度上限,釩電池比能量密度低,且技術難以突破。同樣能量的釩電池體積可達鋰電池的3-5 倍,質量達2-3 倍。因此,釩電池僅能適用于靜態(tài)儲能系統(tǒng),難以應用于電動汽車、電子產品等領域。
2)環(huán)境溫度要求:釩電池通常工作環(huán)境溫度需保持在0-45℃,溫度過低會導致電解液凝固,而溫度過高則會導致溶液中的V5+形成V2O5 析出,從而堵塞電解液通道,導致電池報廢。
3)副產物處理要求高:電解質的原料、正沉淀和由泄漏的正溶液的空氣干燥形成的薄層都具有相同的東西,即V2O5,是一種高毒性的化學品。
4)高成本、高維護成本:成本高昂,目前5kW 釩電池僅材料成本可達40 萬以上;正常使用情況下,每隔兩個月就要由專業(yè)人士進行一次維護,高頻次的維護使其難以在用戶側廣泛應用。
圖一 儲能電池技術路線及參數(shù)對比
釩電池成本問題亟待解決
目前成本問題仍是釩電池大規(guī)模商業(yè)應用面臨的最大挑戰(zhàn)。由于尚未規(guī)?;逃茫沂苤朴谠O備、產能以及高額的前期投入,目前釩電池成本約為鋰電池的2-3 倍。以當前集裝箱交付的價格(含電池包、溫控系統(tǒng)、換流系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等),目前釩液流電池成本達3-3.2 元/Wh,對比目前儲能鋰離子電池成本約1.2-1.5 元/Wh,釩電池仍面臨巨大的價格壓力。隨著政策推進,釩電池形成規(guī)模化、集群化產業(yè)后,電池成本有望進一步下降。
圖二 釩電池、鋰電池成本均呈下降趨勢