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1、1.新技术简介:钒电池新技术简介:钒电池 新闻联播钒电池已经投入使用 钒电池已在大连投入使用。可同时为 60 台车充电,只需更换已充好电的电池,电池通过太 阳能板提前充好电。不需要花几小时充电。这是 2012 年 5 月 16 日中央电视台新闻联播节 目内容: “辽宁省以遍布 2900 公里海岸线上的 42 个重点园区为突破口,科学规划、因地制宜,沿 海经济带正成为新一轮东北振兴的活力引擎。 最近正在大连友谊街上试运行的大型换电站,一次可同时为 50 辆纯电动公交车提供换电服 务,而无需花 6 小时为一辆车充电。工作人员说,换电站通过屋顶的太阳能电池板,对之 前换下的汽车电池充电,司机来后只需
2、更换电池即可。而这种储能电池系统,就是由大连 本土企业自主研发的。 作为全球唯一能够大批量生产这种钒电解液的企业,博融新材料就落户大连花园口经济区, 与需要高纯钒的下游企业融德特种材料仅一墙之隔,形成了相互依存的供需链条。 在花园口,像博融、融德这样具有自主知识产权的新材料企业还有 730 多家,密布在航空 航天动力(股吧)合金、新能源蓄能电池和生物科技等五大产业园区。 ” xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxx钒电池能否引领新能源革命 钒电池
3、(VRB,VanadiumRedoxFlowBattery)是当今世界上规模最大、技术最先进、最接近产 业化的高效可逆燃料电池,具有功率大、容量大、效率高、成本低、寿命长、绿色环保等 一系列独特优点,在风力发电、光伏发电、电网调峰、分布电站、军用蓄电、交通市政、 通讯基站、UPS 电源等广阔领域有着极其良好的应用前景,在日本、加拿大、美国、澳大 利亚、西欧等国家和地区已开始取代容量小、寿命短、污染大的铅酸电池。 一.钒电池优势: 随着钒电池技术的迅猛发展,钒电池必将为人类带来一场前所未有、意义重大深远的新能 源产业,与其它化学电源相比,钒电池具有明显的优越性,主要优点如下: (1)功率大:通过
4、增加单片电池的数量和电极面积,即可增加钒电池的功率,目前美国商 业化示范运行的钒电池的功率已达 6 兆瓦。 (2)容量大:通过任意增加电解液的体积,即可任意增加钒电池的电量,可达吉瓦时以上; 通过提高电解液的浓度,即可成倍增加钒电池的电量。 (3)效率高:由于钒电池的电极催化活性高,且正、负极活性物质分别存储在正、负极电 解液储槽中,避免了正、负极活性物质的自放电消耗,钒电池的充放电能量转换效率高达 75%以上,远高于铅酸电池的 45%。 (4)寿命长:由于钒电池的正、负极活性物质只分别存在于正、负极电解液中,充放电时 无其它电池常有的物相变化,可深度放电而不损伤电池,电池使用寿命长。目前加拿
5、大 VRBPowerSystems 商业化示范运行时间最长的钒电池模块已正常运行超过 9 年,充放循环 寿命超过 18000 次,远远高于固定型铅酸电池的 1000 次。 (5)响应速度快:钒电池堆里充满电解液可在瞬间启动,在运行过程中充放电状态切换只 需要 0.02 秒,响应速度 1 毫秒。 (6)可瞬间充电:通过更换电解液可实现钒电池瞬间充电。 (7)安全性高:钒电池无潜在的爆炸或着火危险,即使将正、负极电解液混合也无危险, 只是电解液温度略有升高。 (8)成本低:除离子膜外,钒电池部件多为廉价的碳材料、工程塑料,材料来源丰富,易 回收,不需要贵金属作电极催化剂,成本低。(9)钒电池选址自
6、由度大,可全自动封闭运行,无污染,维护简单,运营成本低。 二.钒电池市场应用前景 (1)在风力发电领域应用 目前风力发电机需要配备功率大约相当于其功率 1%的铅酸电池用于紧急情况时风机保护收 风叶用,另外每一台风机还需要配备功率大约相当于其功率 4%的后备蓄电池。由于电网已 成为风电发展的瓶颈,随着风电的爆炸式发展,风电与电网的矛盾将越来越突出,为了减 少对电网的冲击,大幅度提高风电场电力的使用率同时赚取巨额的电网峰谷差价,风电场 将需要配备功率相当于其功率 1050%的动态储能蓄电池。对于风机离网发电,则需要更 大比例的动态储能蓄电池。由于风机现在使用的铅酸电池存在容量小、寿命短、稳定性差、
7、 维护费时费力、污染大等严重缺陷,风机制造厂家一直在寻找更好的可以替代铅酸电池的 产品,相信拥有众多杰出优点的钒电池完全可以取代现有的铅酸电池,进而构建风电场的 动态能源储存系统,大幅度提高风电场的效率和效益,推动风电产业更好更快地发展。 (2)在光伏发电领域应用 据权威机构统计,近几年全球光伏组件的年均增长率高达 30,光伏产业成为全球发展最 快的新兴行业之一。特别是 2008 年,全球光伏发电装机总量达到 3 吉瓦。顾名思义,光伏 发电需要太阳光,一旦到了晚上和阴雨天就发不了电,因而需要蓄电池为其储存电力,由 于铅酸电池功率、容量、寿命均非常有限,相信集众多杰出优点于一身的钒电池将作为光
8、伏发电储能电池的首选。 (3)在电网调峰领域应用 电网调峰的主要手段一直是抽水蓄能电站。近二三十年来,世界发达国家抽水蓄能电站发 展越来越快。世界上抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的是日本,其次是美国、意大 利、德国、法国、西班牙等,日本和美国抽水蓄能电站装机容量均已超过 2000 万千瓦。 由于抽水蓄能电站需建上、下两个水库,受地理条件限制较大,在平原地区不容易建设, 而且占地面积大,维护成本高。钒电池蓄能电站不受地理条件限制,选址自由,占地少, 维护成本低。可以预期,随着钒电池技术的发展,钒电池蓄能电站将逐步取代抽水蓄能电 站,在电网调峰中发挥重要的作用。 (4)在交通市政领域应用 随着
9、世界城市化进程的不断加快和汽车保有量的持续增加,汽车尾气污染已经成为城市空 气污染的头号污染源。大力发展节能、环保的电动汽车替代传统燃油汽车,已成为了人们 的共识。随着钒电池技术的快速发展,可以预期,拥有众多杰出优点的钒电池将在电动汽 车(特别是城市公交客车) 、电动机车、电动自行车、电动船舶、交通信号、风光互补路灯 等广阔领域发挥重要作用。 (5)在通讯基站领域应用 通信基站和通信机房需要蓄电池作为后备电源,且时间通常不能少于 10 小时。对通讯运营 商来讲,安全稳定可靠性和使用寿命是最重要的,在这一领域,钒电池有着铅酸电池无法 比拟的先天优势。 (6)UPS 电源应用 赛迪顾问研究显示,2
10、007 年 UPS 市场出现了持续增长的态势,主要原因是中国经济的持续 高速发展带来的 UPS 用户需求分散化,使得更多的行业和更多的企业对 UPS 产生了持续的 需求。未来几年,UPS 产品发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。目前中国的 UPS 市场强烈需求功率大、安全、稳定可靠的蓄电池,钒电池在 这一领域,相对于铅酸电池无论在功率、安全稳定性、还是使用寿命上都有着绝对优势。 (7)分布电站领域应用 当今社会对能源与电力供应的质量、效率、环保以及安全可靠性要求越来越高,大电网由于自身的缺陷已经不能满足这种要求。随着分布电站的崛起,大型中心电站将逐步走向衰 落。
11、相信钒电池将首先在医院、指挥控制中心、数据处理和通讯中心、商业大楼、娱乐中 心、政府要害部门、制药和化学材料工业、精密制造工业的分布电站中发挥重要作用。 (8)军用蓄电领域应用 钒电池还可以在军事基地、指挥中心等军事部门的军用蓄电中发挥重要作用。 xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxx钒电池分为上、中、下三线阶梯领域,先来学习和分析上游产品钒及其钒矿 一.矿物原料特点 钒(vanadium)是一种种化学元素。化学符号 V,原子序数 23,原子量
12、 50.9415,属周期 系B 族。钒在地壳中的含量为 0.020.03,钒的矿物主要有绿硫钒矿、钒云母、钒 铅矿、钒钾铀矿。钒还存在于铁矿和铝矿中。钒是淡灰色有光泽金属,熔点 189010, 沸点 3380,密度 5.96 克厘米 3。有韧性,在氢气中加热变脆 ,含氧和氮的钒也有脆 性 。高温下与多数非金属元素( 如氮 、碳 、硫)发生反应 。钒还能与铝、钴、铜、铁 、锰、钼 、镍、钯、锡、硅形成合金。钒不与稀盐酸、稀硫酸和碱溶液作用,但易溶于浓 硫酸、浓硝酸和氢氟酸。钒与熔融的碱作用后,生成钒酸盐。钒的氧化态为 1、1、2、3、4、5。通常2 和3 价钒的氢氧化物呈碱性,4 和5 价钒 的
13、氢氧化物呈两性。 5 价钒在不同酸度的水溶液中形成不同组成的钒酸盐。 独立钒矿床很少,多共生或伴生于钒钛磁铁矿、铝土矿、铀矿、煤矿、磷矿或铅锌铜矿床 中。主要钒矿物有钒铅矿、钒钛磁铁矿、钒钙铜矿、钒钾铀矿、钒钙铀矿等。采用磁选、 重选、浮选或电选法选矿。钒的化合物用作制取硫酸和有机合成的催化剂。用于石油、冶 金、玻璃、陶瓷、纺织、油漆、染料、化学药剂、照相、电影等部门。 二.钒矿物及其赋存状态(一)钒矿物及钒元素赋存状态钒元素是较为活泼的金属,在自然界中主要形成复杂的化合物的矿物。迄今为止在自 然界中尚未发现单质形式存在的自然元素,钒是呈分散状态存在的。作为钛磁铁矿-钒钛磁 铁矿-钛钒磁铁矿系
14、列矿物的钛磁铁矿是钒的主要载体矿物,V 显强的亲氧性,主要形成氧 化物和含氧酸盐的矿物组合。钒可以以类质同象存在于云母类矿物和钒电气石中,另外钒 也以吸附状态存在。V3 可取代六次配位的 Fe3 而进入磁铁矿的晶格。在钒钛磁铁矿中存在 着 Fe3、V3、Ti3 的相互替代。V3 同(Nb、Ta)5、Sn4 等高价离子之间可以进行异价的类质 同像。 矿物类及主要的工业矿物: 1.复杂的钒酸盐矿物:钒铅锌矿、褐铅矿、钒酸钙铀矿、钒云母等; 2.简单的钒酸盐矿物:钒铋矿、钒铅矿等; 3.硫化物:绿硫钒矿、铜钒硫矿 (这两种矿物较少见) 。(二)主要钒矿物:1.钒铅矿又称“褐铅矿” 。成分为 Pb5V
15、O43Cl,含 V2O5 为 19.4。六方晶系。晶体为六方柱 状或针状,通常为致密块状。黄至黄褐色。条痕白至淡黄色。硬度 2.53,比重 6.66 7.10。产于铅矿床的氧化带中,大量聚积时,可作钒铅矿石开采。可从中提炼钒。形态:斜方双锥晶类, C6h-6/m(L6PC) , 晶体呈六方柱状(图 7)。亦呈针状或毛发状。有时 呈骸晶或多孔状。集合体呈晶簇状、球状。2.钒钛磁铁矿钒钛磁铁矿中的钒主要以 FeO V2O3 尖晶石形态存在,矿中含钒 0.2%1.5%。世界上除美国从钾钒铀矿中提钒外,其他主要产钒国家中都从钒钛磁铁矿中提取钒。钒钛磁铁 矿不仅是铁的重要来源,而且伴生的钒、钛、铬、钴、
16、镍、铂族和钪等多种组份,具有重 要的综合利用价值。含钒钛磁铁矿岩体分为基性岩(辉长岩)型和基性-超基性岩(辉长岩 辉石岩辉岩)型两大类,两种类型的地质特征基本相同,前者相当于后者的基性岩相 带部分的特征,后者除铁、钛、钒外,伴生的铬、钴、镍和铂族组分含量较高,因而综合 利用价值更大。 3.钒钙铜矿 CaCuVO4(OH)主要含钒矿物之一。含五氧化二钒 38.60%。斜方晶系,晶体结构与钒 铅矿相同;集合体呈鳞片状、土状、肾状或纤维状。呈浅黄绿、橄榄绿至暗绿色。玻璃光 泽和珍珠光泽。硬度 3.5,密度 3.53.9g/cm3。主要产于硫化物矿床的氧化带中。用于提 取五氧化二钒等钒化合物和炼钒。4.钒钾铀矿又称“钒酸钾铀矿” 。成分为 K2VO22VO423H2O,呈浅黄色或浅绿黄色,含 V2O520.16%。含铀 4246。单斜晶系。晶体细小,片状或板状。通常呈粉末块状。鲜黄 或淡黄绿色。玻璃光泽,硬度 22.5,比重 4.46,具强放射性。易溶于稀酸中。分布于有 机质的沉积岩的风化带(主