發展曆史
釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池（Vanadium Redox Battery，縮寫為VRB），是一種活性物質呈循環流動液态的氧化還原電池。早在20世紀60年代，就有鐵—鉻體系的氧化還原電池問世，但是釩系的氧化還原電池是在1985年由澳大利亞新南威爾士大學的Marria Kacos提出，經過多年的研發，釩電池技術已經趨近成熟。在日本，用于電站調峰和風力儲能的固定型（相對于電動車用而言）釩電池發展迅速，大功率的釩電池儲能系統已投入實用，并全力推進其商業化進程。
工作原理
釩電池将存儲在電解波中的能量轉換為電能，這是通過兩個不同類型的、被一層隔膜隔開的釩離子之間交換電子來實現的。電解液是由硫酸和釩混合而成的，酸性和傳統的鉛酸電池一樣。由于這個電化學反應是可逆的，所以VRB電池既可以充電，也可以放電。充放電時随着兩種釩離子濃度的變化，電能和化學能能相互轉換。
VRB電池由兩個電解液地和一層層的電池單元組成。電解液地用于盛兩種不同的電解液。每個電池單元由兩個“半單元”組成，中間夾着隔膜和用于收集電流的電極。兩個不同的“半單元”中盛放着不同離子形态的釩的電解液。每個電解液池配有一個泵，用于在封閉的管道中為每一個“半單元”輸送電解液。當帶電的電解液在一層層的電池單元中流動時，電子就流動到外部電路，這就是放電過程。當從外部将電子輸送到電池内部時，相反的過程就發生了，這就是給電池單元中的電解液充電，然後再由泵輸送回電解液池。
在VRB中，電解液在多個電池單元間流動，電壓是各單元電壓串聯形成的。标稱電壓是1.2V。電流密度由電池單元内電流收集極的表面積決定，但是電流的供應取決于電解液在電池單元間的流動，而不是電池層本身。VRB電池技術的一個最重要的特點是：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，功率和能量強烈地依賴于極闆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，這就意味着能量的存放可以不受電池外殼的限制。從電力上來講，不同等級的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過提供足夠的電解液來得到。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行。
優點
與其它化學電源相比，釩電池具有明顯的優越性，主要優點如下：
功率大
通過增加單片電池的數量和電極面積，即可增加釩電池的功率，目前美國商業化示範運行的釩電池的功率已達6兆瓦。
容量大
通過任意增加電解液的體積，即可任意增加釩電池的電量，可達吉瓦時以上；通過提高電解液的濃度，即可成倍增加釩電池的電量。
效率高
由于釩電池的電極催化活性高，且正、負極活性物質分别存儲在正、負極電解液儲槽中，避免了正、負極活性物質的自放電消耗，釩電池的充放電能量轉換效率高達75%以上，遠高于鉛酸電池的45%。
壽命長
由于釩電池的正、負極活性物質隻分别存在于正、負極電解液中，充放電時無其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長。目前加拿大VRBPowerSystems商業化示範運行時間最長的釩電池模塊已正常運行超過9年，充放循環壽命超過18000次，遠遠高于固定型鉛酸電池的1000次。
響應速度快
釩電池堆裡充滿電解液可在瞬間啟動，在運行過程中充放電狀态切換隻需要0.02秒，響應速度1毫秒。
可瞬間充電
通過更換電解液可實現釩電池瞬間充電。
安全性高
釩電池無潛在的爆炸或着火危險，即使将正、負極電解液混合也無危險，隻是電解液溫度略有升高。
成本低
除離子膜外，釩電池部件多為廉價的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。釩電池選址自由度大，可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，運營成本低。
缺點
(1)體積較大。
(2)能量密度低。這意味着儲同樣的能量，需要10倍甚至數十倍體積或是重量于锂電池；意味着為一個百兆瓦級的風電場配套的釩電池可能需要挖空一座山來提供原料。
(3)釩電池造價昂貴。
技術背景
釩電池生産的技術背景
中國工程物理研究院從 1995 年率先在國内開始釩電池的研制。先後研制成功了20W、100W、500W的釩電池樣機，在釩電池的關鍵技術上有所突破，填補了國内空白。并成功開發了四價釩溶液制備、導電塑料成型及批量生産、中型電池組裝配和調試等技術。1998 年，500W 的釩電池樣機用于電瓶車的驅動。現已研制出 800W 的産品樣機。主要參數如下：
單體數：10 個
電極面積：784cm2；
單體電池厚度：13mm；
電解液濃度：1.5M VOSO4+2M H2SO4；
電解液量：10L；
理論容量：200Ah；
最大充電電流：80A（電流密度 102mA/cm2）；
充電電壓（50%充電狀态）：40A 充電電壓為 15.0V，80A 充電電 壓為 16.5V；
充電容量：40Ah；
最大放電電流：80A（電流密度 102mA/cm2）；
放電電壓（50%放電狀态）：40A 放電電壓為 11.5V，80A 放電電壓為 10V；
放電容量：30Ah；
充放電利用率：≥80%；
電堆最大功率：≥800W。
中科院大連化學物理研究所在上個世紀 90 年代末研究了鐵鉻液流儲能電池。2000年以來，又開始了全釩液流儲能電池的研究開發，通過國家“863”後續能源領域的支持，在電極設計制備、雙極闆設計制備、電解質溶液分配、電池組公用管道設計、 電池組裝及系統設計與集成技術等方面取得重大進展，成功地開發出 10 千瓦級全釩液流儲能電池系統，在 2006 年 3 月 29 日通過了由科技部組織的專家組驗收和遼甯省科技廳主持的成果鑒定。
其研制的全釩氧化還原液流儲能電池的額定輸出功率達到 10.1 千瓦，最大放電功率達 23.9 千瓦，系統運行穩定，能量效率 80.4%，該技術達到國内領先、國際先進水平。該所研究開發的全釩液流儲能電池示範系統，自 2007 年 7 月 6 日以來已自動無故障連續運行 105 天，超過 2500 小時。該示範系統由千瓦級電池模塊、系統控制模塊和 LED 屏幕三部分組成。利用該系統可實現利用儲能電池儲存夜間電能，在日間對 LED 屏幕進行供電的過程，電池的能量效率為 87％，截止目前未見衰減。大連化學物理研究所還在電池儲能容量衰減機理的研究， 提高電池容量的穩定性，以及大功率電池模塊結構的設計和優化等方面取得進展。最近，該所研制的第三代 5 千瓦級電池模塊的充、放電能量轉換效率超過 80％。 清華大學、北京科技大學、中南大學等三所院校也對釩電池進行研究的報道，對釩電池在某些領域的技術推動有積極的意義。 目前，國内已有數家企業初步進行釩電産。北京普能世紀科技有限公司是中國第一家緻力于釩電池儲能技術的企業，擁有大批釩電池研發的人員。在釩電池電堆集成技術、關鍵材料研發以及電解液制備技術的三個方面，其都有建樹。電堆集成方面，普能公司已設計和研制了系列化的 50W～ 5kW 釩電池樣機，樣機密封性好，加工裝配工藝簡捷。
釩電池缺陷
《中國釩電池行業市場需求與項目投資可行性研究報告前瞻》顯示，釩電池存在的技術問題主要有兩個，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澱，析出的沉澱堵塞流道，包覆碳氈纖維，惡化電堆性能，直至電堆報廢，而電堆在長時間運行過程中電解液溫度很容易超過45攝氏度。第二，石墨極闆要被正極液刻蝕，如果用戶操作得當，石墨闆能使用兩年，如果用戶操作不當，一次充電就能讓石墨闆完全刻蝕，電堆隻能報廢。在正常使用情況下，每隔兩個月就要由專業人士進行一次維護，這種高頻次的維護費錢、費力。
另外，釩電池成本過高。以一個五千瓦電池為例，電解液（一立方，1.8mol/L）17萬、控制系統10萬、隔膜7萬、闆框4萬、石墨闆1.5萬、泵0.7萬、碳氈0.4萬，總共40.6萬，這隻是主要材料成本，沒計入次要材料成本和人力成本。因此，一個五千瓦釩電池的成本在四十萬以上，高出相同規格鉛酸電池的成本數倍。
從環保的角度來說，釩電池壓根就不環保，配制電解液用到的原料、正極沉澱以及洩漏的正極液經風幹後形成的薄層都有一樣相同東西，那就是五氧化二釩，它是一種劇毒化學品。
因此，釩電池還有很多問題需要解決，讓人無法樂觀的是，釩電池在國内被研究十多年來還沒有哪家科研機構取得了突破。
應用
發展前景
釩電池是發展勢頭強勁的優秀綠色環保蓄電池之一，與鉛蓄電池相比，它的制造、使用及廢棄過程均不産生有害物質。與锂電池相比，釩電池的生産成本更低，接近鉛蓄電池。而釩電池最大的優點則是儲能效果好，可大功率長時間提供電能，如果把釩電池的輸出功率比喻成一輛火車，那麼鉛酸電池、锂電池的輸出功率則分别是一輛卡車、小轎車。
釩電池在風力發電、光伏發電、電網調峰、電動汽車等等領域有着非常廣闊的應用前景。券商初步估算，中國的釩電池市場規模将達1.6萬億元。
在日本核危機爆發後，世界各國對核電站的建設更加謹慎，中國暫停批準新的核電站上馬，德國更是宣布在2022年前關閉所有的核電站。太陽能和風能等新能源再度成為人們關注的領域，而作為風能和太陽能發電最為優質的儲能設施，釩電池的産業化應用将正登上曆史舞台，大戰拳腳。
在電動車領域，釩電池也有其自身優勢。據了解，如果電動汽車上使用新型釩電池，一次性充電3分鐘―5分鐘後，續航能力可達1000公裡；而成本造價隻有目前锂電池的40％，體積和重量分别是锂電池的1/25和1/10。
應用領域
釩電池應用領域十分廣闊：如可作為大廈、機場、程控交換站備用電源；可作為太陽能等清潔發電系統的配套儲能裝置；為潛艇、遠洋輪船提供電力以及用于電網調峰等。
釩電池可制備兆瓦級電池組，大功率長時間提供電能，因此釩電池在大規模儲能領域具有锂離子電池、鎳氫電池不可比拟的性價比優勢。釩電池生産工藝簡單，價格經濟，電性能優異，與制造複雜、價格昂貴的燃料電池相比，無論是在大規模儲能還是電動汽車動力電源的應用前景方面，都更具競争實力。釩電池在風電、光伏發電、電網調峰、電動汽車等多領域應用中“領跑”電池家族。
