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全钒液流电池离子交换膜的研究进展
牛洪金;唐军柯;张永明;张恒
【摘要】全钒氧化还原液流电池(VRB)作为一种新兴的电化学储能系统在解决可再
生能源利用方面具有良好的应用前景.离子交换膜作为全钒液流电池的关键功能材
料之一,应具有钒离子透过率低、电导率高、化学稳定性好等性能.本文论述了VRB
的工作原理和特点,综述了近年来国内外相关的研究进展,对商品化离子膜、新型阳
离子膜、新型阴离子膜、两性离子膜在VRB中的研究应用进行了对比与分析,并指
出它们各自需要改进的地方；最后提出应大力开发低成本的国产全氟磺酸离子膜,
为实现VRB大规模的产业化奠定基础.
【期刊名称】《储能科学与技术》
【年(卷),期】2013(002)002
【总页数】8页(P132-139)
【关键词】全钒氧化还原液流电池;离子交换膜;储能效率;化学储能
【作者】牛洪金;唐军柯;张永明;张恒
【作者单位】山东东岳高分子材料有限公司,山东淄博256401
【正文语种】中文
【中图分类】TM912.9
天然能源（石油和煤）的不断消耗以及化石燃料导致大气质量下降问题的日益凸显，
使得开发和推广风能、太阳能、地热能等清洁能源成为解决全球能源危机和保护环
境的战略举措。然而风能、太阳能等可再生能源发电过程是不稳定和不连续的，因
此，需要性能优良、价格低廉、使用寿命长的储能系统与之相匹配。
全钒氧化还原液流电池（vanadiumredoxflowbattery）是一种电化学储能装置，
它由电池堆、正负电解液储槽及其它辅助控制装置组成。钒电池不仅可以用作风能、
太阳能发电过程配套的储能装置，还可应用于电网调峰，提高电网稳定性，保障电
网安全。钒电池与其它储能电池相比具有价格便宜、寿命长、可靠性高等优势，比
较情况见表1。钒电池结构设计灵活，可通过增加电堆数量和电解液容量来增加输
出功率和储能容量，且钒电池不受地域限制，有望实现大规模储能，具有重大的社
会经济价值[1]。
表1VRB与其它储能电池的比较（1MW×8h储能系统）Table1The
comparativeofthecharacteristicsbetweenVRBandotherenergystorage
battery(1MW×8henergystoragesystem)BatteryCyclelife/times
Efficiency/%Primaryinvestment/$·kW·h1Environmentalinfluence–
ResponsetimeDOD(70%)Operationcostin20years/$·kW·h–1Lead-aciod
3500451550Moderatebestnotgood6860Ni/MH10800702000
Moderategoodnotgood3133NaS3000701500seriousbestgood6439
Zinc-bromine2500681200seriousgoodgood6860VRB＞1300078389
littlebestgood441
1钒电池的工作原理和特点
1984年，Rychcik等[2-4]提出钒液流电池（vanadiumredoxbattery，VRB）
的概念，之后其在制备高浓度钒电解质溶液方面取得突破，制备的2mol/L
VOSO4溶液在较宽的温度范围内长期放置而不结晶，表明钒离子溶液可以作为液
流电池的电解质。钒氧化还原液流电池是以钒离子溶液为正、负极活性物质的二次
电池。其正、负极室通过隔膜分开，电极由电极活性物质和集流板构成（图1），
正极电解液由VO2+和VO2+的离子硫酸溶液组成，负极电解液由V3+和V2+的
离子硫酸溶液组成。电解液在电池堆体内完成电化学反应后，通过外接泵把溶液从
电池堆吸入到储液槽，使储液槽内活性物质不断循环流动。电池充电后，正极物质
为VO2+离子溶液，负极为V2+离子溶液；放电后，正、负极分别为VO2+和
V3+离子溶液，电池内部通过H+导电。在100%充电情况下，电池可提供l.2V
的开路电压。其电池反应如下[5-6]。
2离子交换膜在全钒液流电池中的应用研究
图1钒氧化还原电池工作原理Fig.1Principleofvanadiumredoxflowb
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