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全钒液流电池 1 2 1 背景氧化还原液流电池的活性物质存在于电解液中 电池容量取决于电解液中活性物质的量 不受电堆大小的限制 电解液分开储存 自放电程度小 可进行深度充放电而不会对电池性能产生伤害 使用寿命长 能量效率高 因此 液流电池在光伏发电 UPS电源 风力发电 交通市政 电网调峰 通讯基站 军用蓄电及偏远山区供电等方面存在巨大的应用前景 2 2020 4 21 2 全钒液流电池的工作原理钒是一种过渡元素 原子序数为23 位于元素周期表中d区第四周期第V副族 电池结构主要由电极 隔膜 集流体和端板组成 石墨毡由于比表面积大 耐酸腐蚀和导电性较好 一般用作电极材料 隔膜为质子交换膜 主要将电池内部分成正极室和阴极室及通过质子的交换实现电池内部的导电 集流体采用耐腐烛和导电性较好的导电塑料板 端板采用聚氯乙烯板 电池充放电过程中 电解液通过栗的循环作用 流经石墨租电极 并在其表面进行电子交换反应 而后再流回储液罐 3 2020 4 21 4 2020 4 21 如图所示为全钒液流电池的结构图 全钒液流电池体系包括两个分别装着同种金属不同价态的离子组成的氧化还原对的电解液槽 两个离心泵和一个钒电池组成 钒电池把能量储存在V II V III 硫酸溶液和V IV V V 硫酸溶液中 在离心泵机械传动下 储液罐中的电解液被压入电池堆体内 同时发生电化学反应 接着电解液又再次回到储液槽中 按照此种方式进行循环流动以完成化学能与电能的相互转换 5 2020 4 21 正极电对为V02 V02 和负极电对为v2 v3 作为钒电池充放电时正负极电极反应的活性物质 其充电过程如下 正极上V4 失去电子变成V5 负极上V3 得到电子变成V2 放电过程则刚好相反 V5 在正极表面得到电子变成V4 V2 在负极表面失去电子变成V3 左右两个电解槽用离子膜隔开 离子膜只允许H 通过 H 也就起到了正极室与负极室的导电的作用 与此同时电解液也被分成正极液和负极液 6 2020 4 21 电池充放电时的反应式如下 正极 VO2 2H eVO2 H2OE0 1 00V负极 V3 eV2 E0 0 26V电池总反应 VO2 2H V2 VO2 H2O V3 E0 1 26V 7 2020 4 21 由于受电池的充放电状态及不同浓度电解液的影响 电解液中的五价钒离子会以不同形态存在 而会影响电池正极电对的标准电极电位 所以实际使用时此电池的开路电压一般在1 5V左右 全钒液流电池是唯一的一种在两个半电池中运用同一种离子的液流电池 避免了像铁铬液流电池那样的电解液交叉污染的现象 同时充电状态连续可测 如有需要 当
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