釩電池項(xiàng)目建議書

科技計(jì)劃項(xiàng)目建議書項(xiàng)目名稱： 全釩氧化還原液流電池制備技術(shù)研究建議單位： *********************************** 年****月****日1.39×一、項(xiàng)目立項(xiàng)的必要性及需求分析1.1項(xiàng)目立項(xiàng)背景能源是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)， 隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來越多。煤炭、石油和天然氣是當(dāng)今世界上主要的三大化石能源,我國(guó)已探明的上述三大化石能源的可開采量和可開采年限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。盡管在未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)可能還會(huì)不斷有新探明的化石能源儲(chǔ)量,但是,世界范圍內(nèi)化石能源資源短缺不可避免,能源資源和能源安全問題必將日趨嚴(yán)峻。另外,隨著化石能源的大量消耗,生態(tài)環(huán)境不斷惡化,特別是溫室氣體排放導(dǎo)致日益嚴(yán)峻的全球氣候變化,人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重威脅。如何滿足持續(xù)快速增長(zhǎng)的能源需求和保護(hù)我們賴以生存的環(huán)境對(duì)能源科技發(fā)展提出了重大挑戰(zhàn)。由此,新能源和可再生能源大規(guī)模經(jīng)濟(jì)利用與節(jié)能減排技術(shù)已成為國(guó)家重要發(fā)展戰(zhàn)略,在我國(guó)“中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”及“十一五科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”中均在能源領(lǐng)域給予了高度重視。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽能總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1013千億噸，相當(dāng)于目前全球能源消費(fèi)量的 3.5萬倍，其中只有約0.02%的能量被各類植物所吸收，太陽能利用潛力巨大，是人類最重要的可再生能源資源。因此，大力發(fā)展太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)，是人類解決所面臨的能源危機(jī)、資源短缺、環(huán)境污染等重大課題的必然之路。我國(guó)未來的能源結(jié)構(gòu)中，可再生能源將占據(jù)越來越大的比重。截止2009年底，我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)2129萬千瓦，根據(jù)國(guó)家正在擬定的新能源發(fā)展規(guī)劃，我國(guó)2020年風(fēng)電達(dá)到1.5億千瓦，光伏發(fā)電達(dá)到2000萬千瓦，可再生能源將逐步成為重要能源之一。然而，風(fēng)能、太陽能等可再生能源發(fā)電具有隨機(jī)性和不連續(xù)性的特點(diǎn)，將其并入現(xiàn)有電網(wǎng)時(shí)，當(dāng)所占比例和電網(wǎng)容量相比很小時(shí)，對(duì)電網(wǎng)沖擊不大，利用電網(wǎng)控制與配電技術(shù)，能夠保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是，當(dāng)風(fēng)電、光電所占比例超過10％以后，對(duì)局部電網(wǎng)產(chǎn)生明顯沖擊，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)大規(guī)模惡性事故。因此，要有效解決可再生能源發(fā)電的非穩(wěn)態(tài)問題、平衡用電負(fù)荷、有效利用谷電，提高電能質(zhì)量和發(fā)電效率，必須研究開發(fā)高效蓄電儲(chǔ)能裝置和配套技術(shù)設(shè)備，這是解決可再生能源不連續(xù)、不穩(wěn)定的非穩(wěn)態(tài)問題的關(guān)鍵核心技術(shù)，是電力系統(tǒng)構(gòu)建智能型電網(wǎng)、開展用戶端平衡負(fù)載、提高可再生能源發(fā)電接人量、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要核心技術(shù)之一。液流電池儲(chǔ)能技術(shù)是一種大規(guī)模高效電化學(xué)儲(chǔ)能新技術(shù)，而全釩氧化還原液流電池和其它化學(xué)儲(chǔ)能（如燃料電池、超級(jí)電容器等）技術(shù)相比，具有輸出功率和容量相互獨(dú)立、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、能量效率高、電池使用壽命長(zhǎng)、可深度放電不損壞電池、自放電低、選址自由度大、無污染、維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本低、安全環(huán)保等一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已成為大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)研究的首選目標(biāo)之一。1.2必要性和需求分析隨著我國(guó)可再生能源法正式實(shí)施， 國(guó)家對(duì)太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電十分重視，為規(guī)模化蓄電儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展提供了廣闊發(fā)展空間；另一方面，釩電池對(duì)電動(dòng)汽車的開發(fā)也具有重大意義，由于釩電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電動(dòng)汽車可以在充電站或加油站直接更換荷電的電解液，達(dá)到再充電的目的，跟加油一樣方便與快捷，非常適合目前電動(dòng)車的發(fā)展需求；此外，由于我國(guó)是鉛酸蓄電池的生產(chǎn)大國(guó)，發(fā)展全釩液流電池可以充分利用現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備，并對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行升級(jí)和改造。結(jié)合我國(guó)釩資源優(yōu)勢(shì)．使得制作大規(guī)模、低成本、廣泛使用的全釩液流電池系統(tǒng)成為可能；液流電池蓄電儲(chǔ)能技術(shù)將成為材料學(xué)、電化學(xué)和化學(xué)工程相結(jié)合的新興學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)，對(duì)新能源開發(fā)和國(guó)家能源安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。1.3經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益分析電力能源作為重要的二次能源，由于其清潔、便利、迅速等特點(diǎn)，已經(jīng)成為人類生產(chǎn)、生活中不可替代的組成部分。目前我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量接近8.7億千瓦，形成了完整的電力生產(chǎn)、輸配電體系，為實(shí)現(xiàn)2020年GDP增長(zhǎng)2倍的戰(zhàn)略目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。然而，必須認(rèn)識(shí)到我國(guó)電力能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)上存在先天不足，長(zhǎng)期以來主要依靠燃煤的火力發(fā)電廠，其比例超過74％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均的29%。由此產(chǎn)生大量二氧化碳、二氧化硫等污染氣體排放，給環(huán)境保護(hù)帶來巨大壓力。此外，多數(shù)用電企業(yè)遠(yuǎn)離產(chǎn)煤礦區(qū)，煤炭運(yùn)輸常年擠占大量鐵路運(yùn)力，降低國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體效率。隨著煤炭、石油等化石資源的逐漸減少，電力能源生產(chǎn)費(fèi)用持續(xù)攀升。因此，大力發(fā)展太陽能、風(fēng)能、潮汐能等清潔、可再生能源是有效解決我國(guó)能源需求和可持續(xù)發(fā)展的根本道路。而液流蓄電儲(chǔ)能系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等清潔電力能源發(fā)展中的關(guān)鍵配套設(shè)備，如能解決其產(chǎn)業(yè)化過程中面臨的種種技術(shù)問題，必將對(duì)人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響。目前，我國(guó)釩電池系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)展迅速，千瓦級(jí)的電堆已試驗(yàn)成功，兆瓦級(jí)的也正在進(jìn)行安裝調(diào)試，因而有希望在眾多蓄電儲(chǔ)能技術(shù)中成為后起之秀，在電力調(diào)峰削谷、非常時(shí)期的緊急供電、風(fēng)能和太陽能等潔凈可再生能源儲(chǔ)能以及新型電動(dòng)汽車的制備方面起重要作用。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰三項(xiàng)對(duì)釩電池的市場(chǎng)需求量2010年為5275億元，到2020年更可高達(dá)16300億元。二、項(xiàng)目目標(biāo)及主要任務(wù)2.1主要目標(biāo)本項(xiàng)目的總體目標(biāo)是在長(zhǎng)沙礦冶研究院資源所冶金工程組在釩冶煉和釩制品技術(shù)積累的基礎(chǔ)上， 結(jié)合我院在電池材料方面的產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)全釩氧化還原液流電池制備和產(chǎn)業(yè)化過程中相關(guān)技術(shù)問題展開研究，以期解決釩電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中遇到的種種制約因素，如電解液的穩(wěn)定性問題、離子交換膜和電極材料的制備問題、電池系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)控制問題等，并最終建立起一套能大功率放電、充放電運(yùn)行平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)的釩電池蓄電儲(chǔ)能系統(tǒng)。具體目標(biāo)可分為以下幾個(gè)方面：（1）首先建立起一套試驗(yàn)性質(zhì)的釩電池系統(tǒng)，對(duì)釩電池相關(guān)制備方法和技術(shù)條件展開探索，并在此基礎(chǔ)上，對(duì)制約釩電池發(fā)展的相關(guān)因素進(jìn)行分步深入分析研究。對(duì)釩電池用電解液的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，冶金工程組通過近幾年在釩冶煉方面的技術(shù)儲(chǔ)備，在此領(lǐng)域具有較大優(yōu)勢(shì)，研究結(jié)果能保證釩電池在其工作溫度范圍內(nèi)，正極和負(fù)極所用電解液無晶體或沉淀析出。對(duì)全釩液流電池電極材料展開研究，釩電池領(lǐng)域使用的電極材料主要有金屬電極、碳素類電極和復(fù)合電極。金屬電極造價(jià)昂貴，不利于大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用；碳素類電極在釩電池運(yùn)行過程中，由于受到強(qiáng)酸性溶液作用，一般存在刻蝕現(xiàn)象，而且表面活性不夠理想，使用壽命受到限制；復(fù)合電極是由導(dǎo)電塑料和石墨氈電極經(jīng)一體化復(fù)合而成，在耐蝕性和成本上優(yōu)于碳素類電極，但存在導(dǎo)電性能和機(jī)械性能較差，制作工藝?yán)щy等缺點(diǎn)。本研究主要主要以復(fù)合電極為研究對(duì)象，最終制作出的復(fù)合電極具有工藝簡(jiǎn)單、機(jī)械性能和導(dǎo)電性能高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。電池隔膜材料（即離子交換膜）的選擇和研究，目前國(guó)內(nèi)尚無釩電池專用的商業(yè)化離子交換膜，主要使用由Dupont公司生產(chǎn)的Nafion膜，但價(jià)格昂貴，本研究主要立足于國(guó)產(chǎn)膜，通過對(duì)其進(jìn)行接枝、鉸鏈、復(fù)臺(tái)改性或修飾，使改性后的膜具有離子選擇透過性好、水凈遷移量少、使用成本低等特點(diǎn)。釩電池智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的研制，最終研制的監(jiān)控系統(tǒng)具有對(duì)釩電池系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)采集、異常報(bào)警、安全防護(hù)等功能。2.2主要研究?jī)?nèi)容本研究擬在制約釩電池發(fā)展的主要因素方面均有所突破，主要研究?jī)?nèi)容涉及釩電池用電解液制備及穩(wěn)定性研究、離子交換膜的選擇及改性研究、復(fù)合雙電極的材料選擇及制備技術(shù)研究、釩電池智能檢測(cè)控制系統(tǒng)的研制等。釩電池電解液的制備主要有化學(xué)法和電化學(xué)法兩種，化學(xué)法是指用釩的氧化物或化合物，在一定的硫酸溶液中通過加熱和加入一定量的還原劑的方法，生產(chǎn)出釩電池用的釩—硫酸混合電解液。化學(xué)法制備釩電解液，方法簡(jiǎn)單、設(shè)備簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是固體溶解速度慢、每次生產(chǎn)量少，加入諸如草酸類的還原劑難以根除。目前化學(xué)法制備釩電解液主要用于實(shí)驗(yàn)室研究。電化學(xué)法一般是將穩(wěn)定劑與五氧化二釩和硫酸加入電解槽中進(jìn)行電解，制備出性能相對(duì)穩(wěn)定的各價(jià)態(tài)釩，電化學(xué)法可持續(xù)生產(chǎn)大量、優(yōu)質(zhì)的釩電解液。本研究擬選用電解的方法來制備釩電解液，使生產(chǎn)出的電解液具有釩濃度高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)。釩電池用電解液研究的另一個(gè)問題是各種價(jià)態(tài)離子濃度的分析問題。不同價(jià)態(tài)釩的分析方法主要有發(fā)射光譜法和電位滴定法等，目前國(guó)內(nèi)釩電池用電解液中價(jià)態(tài)釩的分析以電位滴定為主，本研究擬利用釩離子之間存在較大電位差的特點(diǎn)，以硫酸亞鐵銨溶液為滴定劑，采用電位滴定的方法，在密閉條件下采用高純氮?dú)鉃楸Ｗo(hù)氣氛，對(duì)充放電過程中釩離子在陰陽半電池里的價(jià)態(tài)變化進(jìn)行定量分析。電解液穩(wěn)定性研究。釩電池充電后，V(II)在敞開系統(tǒng)中極易氧化，V(V)在溫度較高，V(Ⅲ)、V(Ⅳ)在溫度較低時(shí)均能緩慢的從溶液中沉淀下來，這將嚴(yán)重影響釩電解液性能，降低釩電池充放電效率。為了防止空氣將負(fù)極電解液中的V（II）氧化成V(III)，曾有研究者在充放電過程中，采用密封貯液罐或在貯液罐中通人氮?dú)?、氬氣、氖氣等惰性保護(hù)氣體的方法來降低V(II)氧化速率。也曾有人嘗試在負(fù)極罐中電解液表面覆蓋一層0.5～5.0cm厚的難溶于電解液的礦物油、菜油、鯨油等液體的方法，來降低V(II)氧化率。但對(duì)由V2O5配制的電解液，一般在充放電過程系統(tǒng)要釋放出少量氣體，過充又使H2O電解放出H2和O2。在釩電池使用中，為了方便電解液換液和監(jiān)測(cè)，貯液罐不可能達(dá)到完全封閉，通人氮?dú)狻鍤獾榷栊詺怏w，造成成本升高。氣瓶使用使現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)性增加。加入礦物油等油性物質(zhì)后，過充會(huì)使礦物油分解黏附在隔膜上難以清除，易使貴重的膜受損，造成膜交換困難。目前報(bào)道的比較有效的防止V(II)氧化和V(V)析出的方法主要是在電解液中加入少量的堿金屬鹽類和特定的有機(jī)物，以此來增加電解液的穩(wěn)定性。本研究擬選用添加添加劑的方法，來提高釩電池用電解液的穩(wěn)定性，準(zhǔn)備從堿金屬的硫酸鹽、草酸鹽、磷酸鹽或其它鹽類、具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)或鏈狀結(jié)構(gòu)的醇類、硫醇類物質(zhì)、或其它有助于釩離子穩(wěn)定的物質(zhì)中選取一種或幾種作為穩(wěn)定劑，適量加入到電解液中，使制備出的電解液具有較高釩濃度、且穩(wěn)定性好。釩電池用電極材料的研究問題。釩氧化還原液流電池的電極反應(yīng)完全是液相反應(yīng)，屬于第三類電極。電池中固體電極部分只提供反應(yīng)界面和作為集流體。釩電池一般采用硫酸溶液作為支持電解質(zhì)，其電極的工作環(huán)境為強(qiáng)酸介質(zhì)。雖然釩電池電極曾經(jīng)試用過金屬類電極，如鉛、鈦、以及鈦基DSA(DimensionallyStableAnode)電極，但是由于金屬在硫酸溶液中溶解腐蝕和成本等問題，現(xiàn)在釩電池中已經(jīng)很少使用金屬類電極?？勺鳛殁C電池電極的另一類材料為碳材料，包括石墨板、柔性石墨復(fù)合板、碳布、碳?xì)趾吞技埖?。但在釩電池的使用中發(fā)現(xiàn)釩電池正極一側(cè)石墨板存在刻蝕現(xiàn)象，易造成電池漏液等事故。盡管人們也嘗試對(duì)石墨板進(jìn)行修飾，包括表面鍍導(dǎo)電聚苯胺以及碳化硅拋光石墨板表面，但是正極石墨板的腐蝕現(xiàn)象依然存在，導(dǎo)致釩電池的使用存在嚴(yán)重的安全隱患。復(fù)合電極是目前釩電池用電極的一個(gè)發(fā)展方向，這類電極大多是采用導(dǎo)電塑料板作為集流體、石墨氈提供反應(yīng)界面的復(fù)合電極。盡管正極一側(cè)的導(dǎo)電塑料集流板依然存在腐蝕現(xiàn)象，但是由于其宏觀平整度變化不明顯，電池漏液現(xiàn)象明顯減少。導(dǎo)電塑料集流板是以聚乙烯和導(dǎo)電碳黑為原料，充分混合之后熱壓成型或擠出成型，經(jīng)與金屬銅網(wǎng)附合之后其體電阻可以降至6.2×10-2W·cm，并且具有對(duì)釩電池電解液不透過性。在復(fù)合電極中的石墨氈具有三維孔狀結(jié)構(gòu)， 電解液可以流過其多孔的導(dǎo)電組織，為釩電池的電極反應(yīng)提供了高比表面積的電化學(xué)反應(yīng)界面。目前國(guó)內(nèi)碳素廠生產(chǎn)的石墨氈大多采用粘膠人造絲或聚丙烯腈纖維為原料，經(jīng)過針刺、預(yù)氧、碳化等生產(chǎn)過程而制得粘膠基碳?xì)趾途郾╇婊?(PAN)碳?xì)?，這類石墨氈主要用于高溫隔熱材料，一般具有耐高溫性和低導(dǎo)熱性。但應(yīng)用于釩電池電極的石墨氈須要求其具有高電導(dǎo)率、高比表面積、高耐酸性和對(duì)釩電池電解液的高度潤(rùn)濕性，以及高電化學(xué)活性，所以非常有必要開發(fā)專門應(yīng)用于釩電池電極材料的石墨氈。為了提高電解液流經(jīng)電極界面時(shí)的反應(yīng)效率，必須要提高石墨氈的電化學(xué)反應(yīng)活性，而改善石墨氈的電化學(xué)活性一般是通過增加石墨氈表面的含氧功能團(tuán)的數(shù)量或在石墨氈的表面沉積對(duì)釩電池電極反應(yīng)具有催化性能的物質(zhì)。本研究擬采用氧化法和表面金屬化處理方法對(duì)復(fù)合電極中的石墨氈進(jìn)行改性和修飾，使改性和修飾后的石墨氈對(duì)釩電池的電極反應(yīng)具有良好的反應(yīng)活性和催化性能。(5)電池隔膜材料的研究。離子交換膜是釩液流電池的核心部件之一，一方面起著隔離正負(fù)極電解質(zhì)溶液， 阻止不同價(jià)態(tài)釩離子相互滲透，防止電池大規(guī)模自放電的作用， 另一方面還可以使氫離子在膜中能自由遷移，在電池充放電時(shí)形成離子導(dǎo)電通道使電極反應(yīng)得以完成。理想的電池隔膜應(yīng)具有如下特點(diǎn)：(1)隔膜材料必須具有相應(yīng)良好的化學(xué)穩(wěn)定性，如耐電解液的強(qiáng)堿，或強(qiáng)酸，耐電極活性物質(zhì)的腐蝕，良好的抗氧化性等；(2)隔膜材料必須在電解液中具有盡可能低的膜電阻，以利于電池的大電流放電的能力；(3)隔膜材料必須具有良好的阻止兩種活性物彼此遷移造成電池內(nèi)短路的性能；(4)隔膜材料必須具有良好的吸收和保持電解液的能力；(5)隔膜必須厚度均勻一致，以保證內(nèi)阻、孔隙均勻一致；(6)密封型電池中的隔膜材料，必須具備適宜的孔徑、孔率及透氣率；(7)隔膜材料必須具有相應(yīng)良好的機(jī)械強(qiáng)度； (8)電池充放電時(shí)水透過量小，保持陽極、陰極電解液的水平衡。目前尚無全釩液流電池專用的商業(yè)化離子交換膜， 通常從現(xiàn)有離子交換膜中選擇合適產(chǎn)品。有研究者對(duì)各種已商業(yè)化的離子交換膜(如Nafion117、Flemion、SelemionCMV、CMS、AMV、DMV、ASS、DSV等)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)Nafion膜和Flemion膜可以直接應(yīng)用于全釩液流電池體系，尤以 Nafion117膜效果最好。Nafion膜是全氟磺酸聚合物質(zhì)子交換膜，具有導(dǎo)電率高、電化學(xué)與化學(xué)穩(wěn)定性好、釩離子的透過率低等優(yōu)點(diǎn)。使用 Nafion膜的全釩液流電池庫(kù)侖效率可超過95%，電壓效率達(dá)85%，總能量效率80%，且穩(wěn)定性好，多次循環(huán)后電池性能未有明顯下降，膜表面未有腐蝕痕跡。由于 Nafion膜和Flemion膜價(jià)格較高，給其最終的商業(yè)化帶來了困難。近年來，釩電池研究者一般的做法是，選擇一些技術(shù)成熟、容易購(gòu)買、且商業(yè)化的離子交換膜，用接枝、共聚、鉸鏈、浸漬等方法對(duì)其進(jìn)行改性處理后，在釩液流電池中應(yīng)用。如國(guó)產(chǎn)的 PE-01膜在釩電池中運(yùn)用時(shí)，雖然釩離子滲透率較低，但電阻大，化學(xué)穩(wěn)定性差， 經(jīng)過與二乙烯苯（DVB）進(jìn)行交聯(lián)，并用Zr3(PO4)4改性處理后，膜性能明顯提升。實(shí)驗(yàn)測(cè)得改性膜的釩離子滲透率僅為Nafion膜的1/4,而電導(dǎo)率與Nafion接近。另外，新型的陰離子交換膜也是近年來釩電池用隔膜材料的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本研究擬立足于國(guó)內(nèi)技術(shù)較為成熟、已商業(yè)化的離子交換膜，通過對(duì)其改性處理后，作為釩電池用隔膜。改性后的隔膜具有釩離子透過率低、良好的質(zhì)子交換能力、較低的膜電阻和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，能滿足釩電池用隔膜材料的要求，且價(jià)格相對(duì)便宜。釩電池智能監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究，2.3技術(shù)關(guān)鍵、技術(shù)難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)（1）提高電解液比容量的問題。配制電解液時(shí)，所使用的V2O5較難溶解，且濃度和使用溫度較高時(shí)會(huì)有黃色沉淀析出，目前釩電池所用的電解液釩濃度一般不超過2.0mol/L，造成電池比容量較小，必須找到一種提高釩離子在溶液中溶解度和穩(wěn)定性的方法。2）增強(qiáng)負(fù)極用低價(jià)電解液穩(wěn)定性的方法，特別是穩(wěn)定劑和還原劑的選擇問題，可供選用的添加劑種類繁多，選用的穩(wěn)定劑既要保證有良好的效果，又要不會(huì)對(duì)電池性能造成影響。3）電極材料的研究和改性，包括石墨氈的選擇問題、石墨氈的改性和修飾問題以及復(fù)合電極的制備方法問題。4）電池用離子交換膜的選型和改性研究，要從眾多隔膜生產(chǎn)廠家中選擇一種或幾種在釩電池方面應(yīng)用效果較好的膜，并對(duì)其進(jìn)行改性，使其綜合性能不低于或接近Nafion117膜。2.4項(xiàng)目、人才和基地統(tǒng)籌計(jì)劃充分發(fā)揮長(zhǎng)沙礦冶研究院在釩冶煉和釩制品方面的人才和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合院相關(guān)企業(yè)在電池行業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面的經(jīng)驗(yàn)，由資源所冶金工程組、院分析檢測(cè)中心、院相關(guān)電池研發(fā)單位等構(gòu)成研發(fā)基地，構(gòu)建一支產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的綜合性科技隊(duì)伍。創(chuàng)立或完善釩制品研發(fā)創(chuàng)新基地2個(gè)，培養(yǎng)相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)帶頭人6人，并對(duì)相關(guān)技術(shù)研發(fā)人員進(jìn)行培訓(xùn)。三、相關(guān)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)3.1釩電池在國(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r最早的液流電池概念由 Thaller于1974年提出，美國(guó)航空航天局(NASA)曾開發(fā)Fe/Cr電解質(zhì)溶液體系液流電池。它的活性物質(zhì)為液態(tài)，在電化學(xué)反應(yīng)過程中電解液流過電極表面。 1984年澳大利亞新南威爾士大學(xué)Sum等首先研究了V(II)/V(III)和V(IV)/V(V)氧化還原電對(duì)在石墨電極上的電化學(xué)行為，其電化學(xué)活性表明了制作釩氧化還原液流電池的可能性。之后，Skyllas—KazaCos等人制作了第一個(gè)靜止型釩氧化還原單電池，后來又制作了流動(dòng)型釩電池（如圖 1所示）。MariaSkynas—KazaCos等提出全釩液流電池體系以后，開展大量關(guān)于電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)性研究，發(fā)表了單電池研究結(jié)果，構(gòu)成了全釩液流電池發(fā)展的基礎(chǔ)。該單電池電極面積只有 15cm2，采用氮?dú)夤呐莸姆椒ㄗ鳛殡娊庖毫鲃?dòng)推動(dòng)力。真正意義上的電解質(zhì)溶液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)開始于1987年，此時(shí)單電池電極面積已有90cm2，使用碳?xì)譃殡姌O，石墨板為集流板。電流密度6～40mA/cm2，效率顯著提高。1988年，UNSW根據(jù)上述單電池的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出并開始建造1kW級(jí)全釩液流電池堆。該電堆由10個(gè)單電池組成，電極面積1500cm2，能量效率可達(dá)71.9%～88%。千瓦級(jí)電堆的開發(fā)和建造成功具有重大意義，標(biāo)志著全釩液流電池開始走出實(shí)驗(yàn)室，邁向工程化研發(fā)階段。釩電池電池反應(yīng)如下:正極：VO2++2H++e→2+20VO+HOE=+1.00V負(fù)極：V3++e→V2+E0=-0.26V電池總反應(yīng)：VO2++V2++2H+→VO2++V3++H2O E0=1.26V1986年，全釩液流電池體系在美國(guó)獲得專利權(quán)。之后，對(duì)釩電池的相關(guān)材料，如隔膜、導(dǎo)電聚合物電極、石墨氈等進(jìn)行了研究，并取得了多項(xiàng)專利。1993年，釩電池在太陽能系統(tǒng)獲得應(yīng)用， 300套4kW，4kWh釩電池應(yīng)用在太陽能系統(tǒng)上；1994年，釩電池用在golf車上，4kWh釩電池在潛艇上作為備用電源。 Pinnacle礦業(yè)公司于1999年將專利許可分別授予了住友公司和加拿大 Vanteck公司。2001年10月，Vanteck公司通過收購(gòu)Pinnacle公司59％的控股，從而擁有了釩電池技術(shù)的核心專利權(quán)。 2002年，Vanteek公司改名為VRBPowerSystems。全釩液流電池工程發(fā)展的第二階段主要集中在日本，住友電工(SumitomoElectricIndustries,Ltd,SEI)與日本KansaiElectricPower公司自1985年來合作開發(fā)釩電池，一開始就瞄準(zhǔn)了固定型電站調(diào)峰儲(chǔ)能釩電池系統(tǒng)。1989年，住友電工(SEI)的電站調(diào)峰用60kW級(jí)釩電池建成。運(yùn)行五年，循環(huán)周期達(dá)1800多次。1993年，三菱化工(MitsubishiChemicalCorp)從UNSW獲得許可，1994年，公司開發(fā)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)用儲(chǔ)能釩電池，50kW×50h的(單個(gè)電堆為2kW，10kw)釩電池系統(tǒng)建成，電流密度為100mA/cm2，并以1.2kW/cm2的功率密度輸出。1997年，住友電工(SEI)建成電站調(diào)峰用450kW-class釩電池，循環(huán)周期達(dá)170次(1995年至今)。1997年9月，200kw×4h電站調(diào)峰用釩電池由SEI在鹿島電廠建成，達(dá)650次循環(huán)，表明釩電池可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。1999年，Pinnacle授權(quán)日本三菱(Mitsubishi)和住友(SEI)應(yīng)用釩電池技術(shù)，Pinnacle與日本住友電工(SEI)達(dá)成共同開發(fā)釩電池，而Pinnacle公司則為在日本之外的區(qū)域提供釩電池部件。SEI在日本KansaiElectricPowerPlant建成450kW，1MWh的電站調(diào)峰電池系統(tǒng)，并且相繼建成了一些風(fēng)能儲(chǔ)能和其它固定型釩電池系統(tǒng)。2001年，研究釩電池在能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)的試驗(yàn)。 250kW，520kWh釩電池在日本第一次投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。目前，SEI的25kW實(shí)驗(yàn)室釩電池電堆已達(dá) 16000次循環(huán)，除了電池隔膜的壽命有限，其它組件，包括電解液，都是可以循環(huán)使用的，這一特性較其它壽命有限的化學(xué)電源來說，有很大的成本優(yōu)勢(shì)。表 1為SEI自2001年起建設(shè)的商用釩電池系統(tǒng)。由于這種電池充放電轉(zhuǎn)化效率高(電流效率90％)，自放電率低(年自放電低于10％)已吸引了眾多投資者的關(guān)注，國(guó)外目前正著手進(jìn)行超大型(百兆瓦級(jí))的儲(chǔ)能電源研究。上世紀(jì)九十年代后，電解液生產(chǎn)和電池堆的制造技術(shù)開始傳出日本，之后在南非開發(fā)了250kW的釩電池(VRB)系統(tǒng)。2002年，由于Vanteck公司具有VRB的專利權(quán)，因此它可以得到SEI的釩電池部件(如電堆)，在日本之外組建釩電池系統(tǒng)。2004年，VanteckVRB為美國(guó)PacifiCorp建成250kW，2MWhVRB系統(tǒng)，用于電站調(diào)峰，并給猶他州東南部的邊遠(yuǎn)地區(qū)供電，這是加拿大VRB電力系統(tǒng)公司承建的位于美國(guó)猶他州的大型VRB儲(chǔ)能系統(tǒng)順利完工。該系統(tǒng)由250kW×8h(2000kWh)VRB儲(chǔ)能系統(tǒng)組成，與長(zhǎng)85米25kV的郊區(qū)電網(wǎng)相連，主要應(yīng)用于高峰用電的調(diào)節(jié)。繼南非的釩電池項(xiàng)目成功建設(shè)和運(yùn)行之后， VRBPower集中了相關(guān)的釩資源開發(fā)集團(tuán)和電力公司協(xié)作開發(fā)釩電池系統(tǒng)。 世界第五大電力供應(yīng)商南非Eskom電力公司，由于對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性有迫切需求，因此作為投資方和研發(fā)方，參與了釩電池調(diào)峰系統(tǒng)的開發(fā)，并提供250kW的分網(wǎng)連接。Highveld擁有南非的釩資源開采和經(jīng)營(yíng)權(quán)，建立了釩電解液的試驗(yàn)工廠，并具有規(guī)模生產(chǎn)能力。加拿大VRBPower公司建立的商用釩電池系統(tǒng)如表 2所示。全釩氧化還原液流電池隨著VBRPOWER和住友電工的技術(shù)發(fā)展及商業(yè)化運(yùn)作而進(jìn)入實(shí)用化階段。3.2我國(guó)釩電池發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)的全釩液流電池研制工作開始于 1995年，中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所率先在國(guó)內(nèi)展開了釩電池的研究， 先后研制成功了500W、1000W的樣機(jī)．成功開發(fā)出4價(jià)釩溶液制備．導(dǎo)電塑料成型及批量生產(chǎn)，電池組組裝和調(diào)試等技術(shù)。同前，已經(jīng)具備組裝10kW級(jí)的釩電池系統(tǒng)的技術(shù)能力。用于組建釩電池系統(tǒng)的 1000w單元電堆．可以120mA/cm2的電流密度輸出．庫(kù)侖效率可達(dá) 80％。隨后，北京大學(xué)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、中南大學(xué)、北京科技大學(xué)等科研院所先后進(jìn)行了一系列電化學(xué)機(jī)理方面的研究。工程方面的研究主要集中在中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所、中科院大連化學(xué)物理所、清華大學(xué)、中南大學(xué)及北京普能等少數(shù)科研院所和單位。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所2006年和2008年分別開發(fā)出國(guó)內(nèi)首臺(tái)10kW和100kw全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。研制的額定輸出為10kw的電池模塊，能量轉(zhuǎn)換效率為81％，最大穩(wěn)定放電功率達(dá)到28.8kw以上，研制的全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的額定輸出功率為100kw，能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)75%。2008年8月大化所同西藏太陽能研究示范中心合作，在西藏進(jìn)行“太剛能光伏發(fā)電一液流儲(chǔ)能電池儲(chǔ)電”聯(lián)合供電系統(tǒng)的應(yīng)用示范，2009年7月，安裝成功了一套“太陽能光優(yōu)發(fā)電— 5kw/50kwh液流電池儲(chǔ)電”聯(lián)臺(tái)供電系統(tǒng)。截至 2010年3月，示范系統(tǒng)已連續(xù)、無故障運(yùn)行8個(gè)月。2008年9月大化所為國(guó)家電網(wǎng)提供一套 100kw/200kwh全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，用于電池并網(wǎng)前應(yīng)用特性考察。2008年10月同博融(大連)產(chǎn)業(yè)投資有限公司共同出資成立“大連融科儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展有限公司”，專門從事液流儲(chǔ)能電池的工程化和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。2010年初建立光電儲(chǔ)建筑一體化示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目在融科公司建設(shè)的研發(fā)樓上集成了60kw太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)，60kw/300kwh液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)和LED照明用電系統(tǒng)。大化所研究開發(fā)的全釩液流儲(chǔ)能電池示范系統(tǒng)由千瓦級(jí)電池模塊、系統(tǒng)控制模塊和LED屏幕3部分組成。利用該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)利用儲(chǔ)能電池儲(chǔ)存夜間電能,在日間對(duì)LED屏幕進(jìn)行供電。電池的能量效率為87%,截止目前未見衰減。目前，大化所正在進(jìn)行兆瓦級(jí)釩電池系統(tǒng)的研制和組裝工作。北京普能世紀(jì)科技有限公司于2009年1月實(shí)現(xiàn)對(duì)加拿大VRBPowerSystem公司(VBR Power公司)的資產(chǎn)收購(gòu)，包括VRBPower公司擁有或控制的所有專利、商標(biāo)、技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。此外，VRBPower公司的核心技術(shù)團(tuán)隊(duì)加入合并后的公司，為普能公司帶來超過十年的釩電池領(lǐng)域研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，使其在電堆構(gòu)造、關(guān)鍵材料、系統(tǒng)集成等方面取得突破性的進(jìn)展。目前，普能公司總部與工廠位于北京，在加拿大運(yùn)營(yíng)的公司名稱為普能國(guó)際。普能公司擁有釩電池領(lǐng)域29項(xiàng)專利，覆蓋全球24個(gè)國(guó)家和地區(qū)，這些專利包括核心電堆設(shè)計(jì)、電解液配置、系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，以及在風(fēng)力發(fā)電、離網(wǎng)供電系統(tǒng)和智能電網(wǎng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。2002年，攀枝花鋼鐵集團(tuán)公司以釩資源綜合利用為目的，與中南大學(xué)合作聯(lián)合開展了全釩液流電池的重點(diǎn)攻關(guān)，建立了全釩液流電池的實(shí)驗(yàn)室，開展了全釩液流電池的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，在電解液制備、隔膜材料改性、高性能電極、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、密封技術(shù)以及組裝技術(shù)等方面取得了重大突破，確立了基本單元為千瓦級(jí)電池堆的主要技術(shù)參數(shù)以及一體化組裝技術(shù)，形成較為成熟的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方案，并組裝出10kw全釩液流儲(chǔ)能系統(tǒng)。從總體來說，我國(guó)的全釩液流電池研究相對(duì)于國(guó)外，特別是在液流電池關(guān)鍵材料，包括離子交換膜、電極材料、高濃度電解液以及工程放大技術(shù)方面，尚處于起步階段。3.3釩電池專利情況1986年，UNSW全釩液流電池體系在美國(guó)獲得專利權(quán)， 1993年，泰國(guó)石膏制品公司（ThaiGypsumPruductCo.,Ltd）第一個(gè)從UNSW獲得專利許可，將釩電池技術(shù)應(yīng)用于太陽能屋。同時(shí)，三菱化工MitsubishiChemicals）和鹿島電廠（Kashima-itaElectricPowerCorporation）也得到許可，在鹿島電廠建成 200kw×4h電站調(diào)峰用釩電池系統(tǒng)。1998年，UNSW將專利權(quán)轉(zhuǎn)授予澳大利亞尖峰礦業(yè)公司PinnacleVRBLtd），該公司于1999年將在日本和非洲的專利許可分別授予了日本住友公司（SEI）和加拿大的萬泰克公司（VanteckTechnologyCorp）。2001年10月，Vanteck公司通過收購(gòu)Pinnacle公司59%的股份控股Pinnacle公司，從而擁有了釩電池技術(shù)的核心專利權(quán)。2002年，Vanteck公司改名為釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)公司（ VRBPowerSystem），專門從事釩電池技術(shù)的開發(fā)和轉(zhuǎn)讓。 VRBPower公司由于過度擴(kuò)張。于2008年下半年金融危機(jī)期間出現(xiàn)資金短缺， 不得不拋售自身資產(chǎn)，北京普能世紀(jì)科技有限公司于 2009年1月實(shí)現(xiàn)對(duì)其的資產(chǎn)收購(gòu)，包括VRBPower公司擁有或控制的所有專利、商標(biāo)、 技術(shù)秘密、設(shè)備材料等。四、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益分析、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化前景4.1經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析世界面臨著一方面是能源的短缺、 一方面又是能源不能被充分利用而白白浪費(fèi)的狀況。隨著大型儲(chǔ)能設(shè)備釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的問世， 這一狀況有可能得到最好的解決。中國(guó)地大物博，電站、太陽能、風(fēng)能對(duì)大型化學(xué)電源儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求都蘊(yùn)涵著巨大的商機(jī)。 目前，我國(guó)太陽能、風(fēng)能發(fā)電裝置及應(yīng)急電源都主要采用鉛酸電池， 鉛酸電池的回收在我國(guó)還沒有形成規(guī)模，大量的廢舊電池對(duì)環(huán)境造成的污染已經(jīng)引起了政府的關(guān)注。因此，發(fā)展新型的無污染可回收的釩電池用于以上場(chǎng)合，將是很好的選擇。同時(shí)，我國(guó)電站目前還沒有采用貯能系統(tǒng)，大量的電力資源白白地浪費(fèi)。如果利用釩電池建成電站貯能系統(tǒng)， 不僅可以節(jié)約能源，減少國(guó)家建設(shè)電站的巨額投資，同時(shí)為保護(hù)環(huán)境，提高電站效益發(fā)揮重要作用。而我國(guó)豐富的釩資源更為釩電池的發(fā)展奠定了有利條件。另外，釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)還可以和我迅速發(fā)展的電動(dòng)汽車事業(yè)互補(bǔ)發(fā)展，相互促進(jìn)。我國(guó)已把大力發(fā)展電動(dòng)車事業(yè)寫入規(guī)劃，而阻礙電動(dòng)車事業(yè)發(fā)展的一個(gè)突出問題就是電池性能有待提高。 一方面，是如何提高電池的容量，另一方面，是如何像給汽車加油那樣快速完成充電。而在這兩個(gè)方面，全釩液流電池具有明顯優(yōu)勢(shì)，即一方面，增大儲(chǔ)罐體積，多加電解液，合理提高釩離子濃度，就可提高電池容量，另一方面，在“電解液更換站”只需要幾分鐘，就可向系統(tǒng)重新注滿V(V)/V(Ⅱ)溶液而繼續(xù)行駛?？梢姡C電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展，必將對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車事業(yè)的發(fā)展，起到極大的促進(jìn)作用。其次，我國(guó)釩資源儲(chǔ)量居世界第三位，許多大型釩礦企業(yè)，如攀鋼集團(tuán)、承德釩礦等單位都在積極尋求資源的轉(zhuǎn)化，釩電池已經(jīng)成為他們新的發(fā)展方向。釩電池的技術(shù)實(shí)用化將給我國(guó)過剩的釩資源找到新的出路，同時(shí)也將給我們帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。4.2推廣應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化前景釩電池(VRB，VanadiumRedoxBattery)是當(dāng)今世界上規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)、最接近產(chǎn)業(yè)化的高效可逆燃料電池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保等一系列獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)， 在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、分布電站、軍用蓄電、交通市政、通訊基站、UPS電源等廣闊領(lǐng)域有著極其良好的應(yīng)用前景。經(jīng)過20多年的發(fā)展，在國(guó)外已趨商業(yè)化，多套大型釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已應(yīng)用于電網(wǎng)負(fù)倚平衡、風(fēng)力混合發(fā)電、太陽能儲(chǔ)能，大功率成急電源等場(chǎng)合。盡管釩電池在我國(guó)尚處于實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)階段，但是我國(guó)地大物博，電站、太陽能、風(fēng)能對(duì)大型化學(xué)電源儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求以及電動(dòng)汽車事業(yè)的蓬勃發(fā)展，都蘊(yùn)涵著巨大的商機(jī)。中國(guó)和世界釩電池市場(chǎng)如表3所示，其中風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電的釩電池市場(chǎng)需求按總裝機(jī)量的25%計(jì)算，其它領(lǐng)域的釩電池市場(chǎng)需求按100%計(jì)算；釩電池產(chǎn)值以2萬元/kw計(jì)算，不含電解液。風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要配備功率大約相當(dāng)于其功率1%的鉛酸電池用于緊急情況時(shí)風(fēng)機(jī)保護(hù)收風(fēng)葉用， 另外每一臺(tái)風(fēng)機(jī)還需要配備功率大約相當(dāng)于其功率4%的后備蓄電池。由于電網(wǎng)已成為風(fēng)電發(fā)展的瓶頸，隨著風(fēng)電的爆炸式發(fā)展，風(fēng)電與電網(wǎng)的矛盾將越來越突出，為了減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，大幅度提高風(fēng)電場(chǎng)電力的使用率同時(shí)賺取巨額的電網(wǎng)峰谷差價(jià)， 風(fēng)電場(chǎng)將需要配備功率相當(dāng)于其功率 10～50%的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能蓄電池。對(duì)于風(fēng)機(jī)離網(wǎng)發(fā)電，則需要更大比例的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能蓄電池。表3中國(guó)和世界風(fēng)力及光伏發(fā)電市場(chǎng)預(yù)測(cè)中國(guó)風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)年份200820102020總裝機(jī)容量（GW）3.06.2530產(chǎn)值（億元）60012506000世界風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)年份200820102020總裝機(jī)容量（GW）3050312.5產(chǎn)值（億元）60001000062500中國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)年份200820102020總裝機(jī)容量（GW）0.0650.1257.5產(chǎn)值（億元）13251500世界光伏發(fā)電市場(chǎng)年份200820102020總裝機(jī)容量（GW）0.753.7550產(chǎn)值（億元）150750100000由于風(fēng)機(jī)現(xiàn)在使用的鉛酸電池存在容量小、壽命短、穩(wěn)定性差、維護(hù)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、污染大等嚴(yán)重缺陷，風(fēng)力發(fā)電廠家一直在尋找更好的可以替代鉛酸電池的產(chǎn)品，相信擁有眾多杰出優(yōu)點(diǎn)的釩電池完全可以取代現(xiàn)有的鉛酸電池，進(jìn)而構(gòu)建風(fēng)電場(chǎng)的動(dòng)態(tài)能源儲(chǔ)存系統(tǒng)， 大幅度提高風(fēng)電場(chǎng)的效率和效益，推動(dòng)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)更好更快地發(fā)展。光伏發(fā)電據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，近幾年全球光伏組件的年均增長(zhǎng)率高達(dá) 30%，光伏產(chǎn)業(yè)成為全球發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。 特別是2008年，全球光伏發(fā)電裝機(jī)總量達(dá)到3吉瓦。顧名思義，光伏發(fā)電需要太陽光，一旦到了晚上和陰雨天就發(fā)不了電，因而需要蓄電池為其儲(chǔ)存電力，由于鉛酸電池功率、容量、 壽命均非常有限，相信集眾多杰出優(yōu)點(diǎn)于一身的釩電池將作為光伏發(fā)電儲(chǔ)能電池的首選。電網(wǎng)調(diào)峰電網(wǎng)調(diào)峰的主要手段一直是抽水蓄能電站。 近二三十年來，世界發(fā)達(dá)國(guó)家抽水蓄能電站發(fā)展越來越快。世界上抽水蓄能電站發(fā)展最快、裝機(jī)容量最多的是日本，其次是美國(guó)、意大利、德國(guó)、法國(guó)、 西班牙等，日本和美國(guó)抽水蓄能電站裝機(jī)容量均已超過 2000萬千瓦。由于抽水蓄能電站需建上、下兩個(gè)水庫(kù)，受地理?xiàng)l件限制較大，在平原地區(qū)不容易建設(shè)，而且占地面積大，維護(hù)成本高。釩電池蓄能電站不受地理?xiàng)l件限制，選址自由、占地少、維護(hù)成本低?？梢灶A(yù)測(cè)，隨著釩電池技術(shù)的發(fā)展，釩電池蓄能電站將逐步取代抽水蓄能電站，在電網(wǎng)調(diào)峰中發(fā)揮重要的作用。交通市政隨著世界城市化進(jìn)程的不斷加快和汽車保有量的持續(xù)增加， 汽車尾氣污染已經(jīng)成為城市空氣污染的頭號(hào)污染源。 大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保的電動(dòng)汽車替代傳統(tǒng)燃油汽車， 已成為了人們的共識(shí)。隨著釩電池技術(shù)的快速發(fā)展，可以預(yù)期，擁有眾多杰出優(yōu)點(diǎn)的釩電池將在電動(dòng)汽車(特別是城市公交客車)、電動(dòng)機(jī)車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)船舶、交通信號(hào)、風(fēng)光互補(bǔ)路燈等廣闊領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。通訊基站通信基站和通信機(jī)房需要蓄電池作為后備電源，且時(shí)間通常不能少于10個(gè)小時(shí)。對(duì)通訊運(yùn)營(yíng)商來講，安全穩(wěn)定可靠性和使用壽命是最重要的，在這一領(lǐng)域，釩電池有著鉛酸蓄電池?zé)o法比擬的先天優(yōu)勢(shì)。(6)UPS電源賽迪顧問研究顯示，2007年UPS市場(chǎng)出現(xiàn)了持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)， 主要原因是中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展帶來的 UPS用戶需求分散化，使得更多的行業(yè)和更多的企業(yè)對(duì) UPS產(chǎn)生了持續(xù)的需求。未來幾年， UPS產(chǎn)品發(fā)展的方向是更高的可用性、 安全性以及功能的集成化、智能化和人性化。目前中國(guó)的UPS市場(chǎng)強(qiáng)烈需求功率大、安全、穩(wěn)定可靠的蓄電池，釩電池在這一領(lǐng)域，相對(duì)于鉛酸電池?zé)o論在功率、安全穩(wěn)定性、還是使用壽命上都有著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。分布電站當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源與電力供應(yīng)的質(zhì)量、 效率、環(huán)保以及安全可靠性要求越來越高，大電網(wǎng)由于自身的缺陷已經(jīng)不能滿足這種要求。隨著分布電站的崛起，大型中心電站將逐步走向衰落。相信釩電池將首先在醫(yī)院、指揮控制中心、數(shù)據(jù)處理和通訊中心、商業(yè)大樓、娛樂中心、政府要害部門、制藥和化學(xué)材料工業(yè)、精密制造工業(yè)的分布電站中發(fā)揮重要作用。(8)軍用蓄電釩電池還可以在軍事基地、指揮中心等軍事部門的軍用蓄電中發(fā)揮重要作用。4.3項(xiàng)目實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)分析(1)核心專利限制在全球釩電池領(lǐng)域，核心專利大多掌握在日本、澳大利亞及其它西方發(fā)達(dá)國(guó)家手中，雖然SEI等一些大公司的專利申請(qǐng)?jiān)谖覈?guó)沒有獲得審批，但若我國(guó)釩電池技術(shù)真正發(fā)展起來以后，要想開拓國(guó)際市場(chǎng)，將產(chǎn)品賣到美國(guó)、澳大利亞、歐洲等國(guó)家和地區(qū)去，專利權(quán)限制是一個(gè)繞不開的話題。(2)技術(shù)限制釩電池作為一類重要的儲(chǔ)能電池即將進(jìn)入實(shí)用化階段， 但目前尚有許多需要解決的技術(shù)關(guān)鍵問題。如電解液離子濃度和穩(wěn)定性問題，釩電池正極液中的五價(jià)釩在靜置或溫度高于 40℃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)行過程中電解液溫度很容易超過 40℃。其中材料的研究開發(fā)是決定因素， 要研究出高比功率、高轉(zhuǎn)換效率和高穩(wěn)定性的液流化學(xué)儲(chǔ)電系統(tǒng)， 必需制備出具有特殊功能的多種材料，如電極材料、導(dǎo)電集流體材料、釩電池用隔膜材料，而材料一直是我國(guó)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域中的一個(gè)弱項(xiàng)，釩電池要想在我國(guó)獲得發(fā)展，在電池材料上必須有所突破。(3)成本問題現(xiàn)階段，我國(guó)發(fā)展釩電池面臨的主要問題是原材料的發(fā)展速度相對(duì)落后，部分原材料尚需進(jìn)口，相應(yīng)的規(guī)?；a(chǎn)成本高。以一個(gè)5kw電池為例，電解液(1.0m3，1.8mol/L)17萬、控制系統(tǒng)10萬、隔膜7萬、板框4萬、石墨板1.5萬、泵0.7萬、碳?xì)?.4萬，總共40.6萬，這還只是主要材料成本， 一個(gè)5kw釩電池的成本在40萬以上，高出相同規(guī)格鉛酸電池的成本數(shù)倍。另外，由于石墨板在使用過程中存在刻蝕現(xiàn)象，每隔2個(gè)月，就需要由專業(yè)人員進(jìn)行一次維護(hù)，頻繁的維護(hù)導(dǎo)致成本大幅上升。五、計(jì)劃實(shí)施年限、經(jīng)費(fèi)概算與資金籌措5.1年度計(jì)劃、階段目標(biāo)項(xiàng)目建設(shè)年限：2012年1月至2012年6月；項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度：分三階段進(jìn)行（如圖2所示）。1）2012年1月—2012年6月：項(xiàng)目建議、立項(xiàng)階段。主要內(nèi)容為組建研究隊(duì)伍，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查以及研究現(xiàn)狀調(diào)研；進(jìn)行專家座談與項(xiàng)目論證，制定項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)與規(guī)劃。并撰寫調(diào)研與需求分析報(bào)告、項(xiàng)目建議、項(xiàng)目論證報(bào)告和項(xiàng)目管理與實(shí)施方案等。建議立項(xiàng)階段實(shí)施階段試運(yùn)行、驗(yàn)收階段2012年2012年2016年2016年1月6月6月12月圖2項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度（2）2012年7月—2016年6月：實(shí)施階段。具體內(nèi)包括以下幾部分：①2012年7月至2012年12月，試驗(yàn)性釩電池系統(tǒng)的建立和釩電池監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)的研制；②2013年1月至2014年6月，釩電池用電解液的制備、穩(wěn)定性研究以及相關(guān)配套分析方法的建立；③2014年7月201