釩電池的工作原理
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)（VanadiumEnergyStorageSystem，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。
釩電池市場(chǎng)前景
釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池（VRB），是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動(dòng)液態(tài)的氧化還原電池。在我國(guó)電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)中，鋰離子電池與鉛蓄電池是主流產(chǎn)品，合計(jì)市場(chǎng)份額占比達(dá)到97.9%。相較于鋰離子電池與鉛蓄電池，我國(guó)釩電池行業(yè)仍處于起步階段，市場(chǎng)占有率低。但釩電池具有使用壽命長(zhǎng)、安全可靠性高、可重復(fù)放電、適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用等優(yōu)勢(shì)，成為電化學(xué)儲(chǔ)能行業(yè)產(chǎn)品升級(jí)的重要方向。
釩電池的主要原材料之一是金屬釩，我國(guó)釩資源儲(chǔ)量豐富，已探明儲(chǔ)量約為6400萬(wàn)噸，全國(guó)19個(gè)省市均有釩資源分布，其中四川攀枝花和河北承德地區(qū)是主要集中地。我國(guó)釩資源儲(chǔ)量大，在下游市場(chǎng)的推動(dòng)下，釩產(chǎn)量不斷增多，是全球最大的金屬釩生產(chǎn)國(guó)，為我國(guó)釩電池行業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心發(fā)布的《2019-2023年釩電池行業(yè)深度市場(chǎng)調(diào)研及投資策略建議報(bào)告》顯示，我國(guó)釩電池行業(yè)在研發(fā)領(lǐng)域持續(xù)加大投入，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，相關(guān)技術(shù)瓶頸不斷突破，已經(jīng)掌握部分核心技術(shù)。此外，我國(guó)光伏、風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)速度加快，市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)能的需求快速提升，釩電池優(yōu)異的特點(diǎn)適合我國(guó)新型電網(wǎng)的需求，行業(yè)迎來(lái)發(fā)展機(jī)遇。
截止到2018年底，我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)功率規(guī)模達(dá)到31.3GW，其中，電化學(xué)儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)功率為1072.7MW，同比增長(zhǎng)175.2%，占比為3.4%。我國(guó)儲(chǔ)能市場(chǎng)持續(xù)保持較快的速度增長(zhǎng)，電化學(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，未來(lái)發(fā)展?jié)摿Ω蟆Ｔ陔娀瘜W(xué)儲(chǔ)能市場(chǎng)中，由于我國(guó)釩電池行業(yè)仍處于發(fā)展初期，企業(yè)數(shù)量較少，市場(chǎng)尚未打開(kāi)，份額占比極小，但產(chǎn)品性能優(yōu)勢(shì)明顯，未來(lái)發(fā)展空間巨大。
受環(huán)保政策以及供給側(cè)改革的推動(dòng)，2018年，我國(guó)釩價(jià)格持續(xù)在高位運(yùn)行，釩電池生產(chǎn)成本增大。同時(shí)，我國(guó)釩電池在部分技術(shù)領(lǐng)域仍有瓶頸尚待突破，短期內(nèi)，我國(guó)釩電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展可能性較小。但隨著相關(guān)技術(shù)瓶頸逐步突破，行業(yè)進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段后，生產(chǎn)成本將逐漸降低，再加上市場(chǎng)認(rèn)可度不斷提高，我國(guó)釩電池行業(yè)未來(lái)發(fā)展前景廣闊。
新思界行業(yè)分析人士表示，相較于鋰離子電池與鉛蓄電池，釩電池性能優(yōu)勢(shì)明顯，將成為儲(chǔ)能行業(yè)產(chǎn)品升級(jí)的重要方向。我國(guó)釩資源豐富、釩電池行業(yè)已掌握部分核心技術(shù)、新能源產(chǎn)業(yè)與智能電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展迅速，這些因素均為我國(guó)釩電池行業(yè)發(fā)展提供良好支撐。但我國(guó)釩電池行業(yè)仍有部分關(guān)鍵技術(shù)尚未掌握，再加上金屬釩價(jià)格較高，現(xiàn)階段我國(guó)釩電池行業(yè)仍處于發(fā)展初期，未來(lái)還有較長(zhǎng)的道路要走。