釩電池與鋰電池的對比
釩電池也叫全釩液流電池,是可以作為大容量儲能電站的一種電池,目前是儲能電池領(lǐng)域比較熱門的一種電池,發(fā)展?jié)摿κ呛艽蟮?,那么釩電池與鋰電池對比哪個更好呢?
下面是釩電池與鋰電池的對比
1、釩電池與鋰電池工作原理的不同
全釩液流電池是將具有不同價態(tài)的釩離子溶液分別作為正極和負(fù)極的活性物質(zhì),分別儲存在各自的電解液儲罐中。在對電池進(jìn)行充、放電實(shí)驗(yàn)時,電解液通過泵的作用,由外部貯液罐分別循環(huán)流經(jīng)電池的正極室和負(fù)極室,并在電極表面發(fā)生氧化和還原反應(yīng),實(shí)現(xiàn)對電池的充放電。
鋰離子電池實(shí)際上是一種鋰離子濃差電池,正負(fù)電極由兩種不同的鋰離子嵌入化合物組成。充電時,Li+從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰態(tài),正極處于貧鋰態(tài),同時電子的補(bǔ)償電荷從外電路供給到碳負(fù)極,保證負(fù)極的電荷平衡。放電時則相反,Li+從負(fù)極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極,正極處于富鋰態(tài)。在正常充放電情況下,鋰離子在層狀結(jié)構(gòu)的碳材料和層狀結(jié)構(gòu)氧化物的層間嵌入和脫出,一般只引起層面間距變化,不破壞晶體結(jié)構(gòu),在充放電過程中,負(fù)極材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)基本不變。因此,從充放電反應(yīng)的可逆性看,鋰離子電池反應(yīng)是一種理想的可逆反應(yīng)。
2、釩電池能量存儲于電解液中,增加電解液儲罐的體積或者提高電解液的濃度均可增加電池容量。即對于相同功率輸出的釩電池,可根據(jù)需求任意調(diào)整容量,非常適合大容量儲能應(yīng)用;鋰電池容量則是與正負(fù)極材料有關(guān)。
3、釩電池輸出功率由電池堆中參與反應(yīng)的面積決定,可通過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,目前美國商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6000kW;鋰電池很難做到那么大的儲能容量;
4、釩電池充放電不涉及固相反應(yīng),電解液的理論使用壽命無限,可以長期使用;鋰電池涉及固相反應(yīng),電解液使用壽命有限;
5、釩電池反應(yīng)速度快,可在瞬間啟動,在運(yùn)行過程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒,響應(yīng)速度1毫秒;
6、釩電池理論充放電時間比為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而將隔膜刺破導(dǎo)致電池短路的危險;
7、釩電池能量的存儲量可以精確地測量出來;鋰電池不能。
8、釩電池可以通過增加電解液或更換電解液的方式增加系統(tǒng)運(yùn)行時間。通過更換電解液,可實(shí)現(xiàn)瞬間再充電,類似于汽車加油;鋰電池做不到。
9、釩電池系統(tǒng)使用壽命長,充放循環(huán)壽命可超過10000次,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋰電池的壽命。目前加拿大VRB Power Systems商業(yè)化示范運(yùn)行時間最長的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過9年,充放循環(huán)壽命超過18000次;
10、釩電池安全性高:釩電池?zé)o潛在的爆炸或著火危險,即使將正、負(fù)極電解液混合也無危險,只是電解液溫度略有升高;鋰電池有潛在的爆炸或著火危險。
11/釩電池除離子膜外,材料價格便宜,來源豐富,不需要貴金屬作電極催化劑,成本低。鋰電池價格較貴,資源稀缺,需要使用貴金屬。
12、釩電池電解液可長期使用,沒有污染排放,對環(huán)境友好;鋰電池電解液不可循環(huán)使用,有一定的污染。
釩電池存在的問題
目前釩電池存在的技術(shù)問題主要有兩個,第一,釩電池正極液中的五價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,直至電堆報廢,而電堆在長時間運(yùn)行過程中電解液溫度很容易超過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,電堆只能報廢。在正常使用情況下,每隔兩個月就要由專業(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。
從環(huán)保的角度來說,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。