钒电池的发展历程

2011年(辛卯年)11月28日，中国泰州新能源高层论坛吸引了全国各地200多位嘉宾参加。中策资本集团董事局主席黄友权怀揣着《钒电池在新能源产业的应用》报告在台上做了精彩的演讲。依据规划，该项目占地1800亩，一期工程将在2012年投产，届时可形成25亿元的销售额，2013年全部投产后，有望形成100亿元的产业规模，届时中策资本集团旗下的洋泰能源(泰州)有限公司将成为全球最大的钒电池生产商。所生产的钒电池将从泰州集成后走向全球。
近日全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程通过了辽宁电力(行情 专区)勘测设计院的验收，目前已经全面投入运行。业内人士指出，在上述示范项目的良好带头作用下，如果今后全钒液流电池在核心技术研发、稳定性、成本控制等诸多方面取得更大的突破，则将有望成为储能行业的“黑马”；再加上我国新能源产业也将步入“钒电池时代”，预计钒矿相关个股如明星电力(行情 股吧 买卖点)、国星光电(行情 股吧 买卖点)、天兴仪表(行情 股吧 买卖点)及海亮股份(行情 股吧 买卖点)将获得资金的青睐。 近年来，风力发电在中国发展得十分迅猛。截至2012年底，风电累计装机容量达到75324万千瓦；但是，由于风能等可再生能源具有不连续、不稳定的非稳态特性，大规模并网后对电网调峰、调频及电能质量均会带来不利影响。因此，随着风电装机容量占电网电力比例的提高，弃风限电现象也频频出现。
有专家指出，如何提高电网对于可再生能源的接纳能力，减少弃风并提高可再生能源利用效率成为今后我国需要解决的重大问题。
据相关媒体报道，与其他储能技术相比，全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、规模大、安全可靠等突出的优势，成为规模储能的首选技术之一。2012年，美国制定的储能技术发展规划已经将全钒液流电池列在首位。据悉，大规模储能电池有三个基本要求：高安全性、生命周期性价比高及生命周期环境友好。
作为当前储能的首选技术之一，全钒液流电池储能系统安全性高，在常温常压下运行时，电池系统产生的热量能够通过电解质溶液有效排出，再通过热交换排至系统之外；而且电解质溶液为不燃烧、不爆炸的水溶液，系统运行安全性高。
正因为全钒液流电池储能系统拥有诸多优势，有业内分析人士表示，全钒液流电池技术未来在储能行业具备无可估量的发展潜力，甚至有可能将改变未来的能源格局。
而此次通过验收的全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统，其背后是大连化物所与大连融科储能技术发展有限公司长达13年的自主创新研发与合作。分析人士表示，示范项目的成功运行标志着我国全钒液流电池技术达到了国际领先水平，这为可再生能源的普及应用提供了有效的技术支撑，具有重要的社会效益并将产生重大的经济效益。
中国万亿储能市场将启动
按照我国《新能源汽车(行情 专区)产业发展规划》和近年来电池行业数据的测算，钒电池所应用的风电储能设备和城市调峰储能设备市场规模将在11000亿元左右，为国家经济发展的大趋势又给钒电池产业带来了历史性机遇。
未来，钒电池将引导世界纯电动汽车的电池潮流。日前，钒电池已经列入国家“863计划”备选项目，中德“波恩项目”新能源汽车项目已于2011年4月份在海南岛奠基，投资上百亿，而钒电池就属于重点之一。
目前关于钒电池，政府层面与产业界以及学术界都有共识，均认为钒电池在中国具备发展前景。首先，中国钒矿资源丰富，拥有核心技术，通过跨国整合，目前中国公司已掌握了世界的钒电池关键技术，钒电池的特点也适合中国电网的需求，如寿命长、可重复放电、可靠性高，完全能满足中国建设智能电网的需求。
据了解，在日本用于电站调峰和风力储能的钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入使用，并全力推进其商业化进程。但在我国，钒电池产业还处于起步阶段。针对国内在钒电池领域的萌芽状况，中策资本集团凭借在矿产能源领域的广泛投资，目前在徐州、南阳等地建立了钒电池原材料(行情 专区)生产基地，并在国内最大的风力发电基地甘肃玉门建立了风、光、电储一体化的国家级示范基地。此外，该集团通过股权纽带引进了日本、韩国钒电池新技术，再进行吸收、消化和创新，组建了中日韩工程技术联合研发中心，并在全球多个国家申请了专利。
据相关资料显示，我国钒储量占全球钒储量的35%，居全球第一位；我国钒产量占到全球产量的48%，2010年我国钒产量达到615万吨，优越的资源禀赋为我国发展钒电池产业创造了得天独厚的条件。
业内人士表示，钒电池是一种基于金属钒元素的氧化还原电池储能系统，非常适用于大型静态储能，未来将被广泛应用于太阳能、风能发电储能设备、电站储能调峰以及电动汽车等领域，或成为未来电池发展的重要方向。而为了减少风电、光伏发电对电网的冲击，每台发电装置需配备一款功率相当于其功率10%-50%，且储能需求高于风电装机容量的20%以上的储能蓄电池。有券商分析师估算，2020年中国的钒电池市场规模将达到16万亿元，其中风电的产值将是主要部分。
涉钒概念股引关注
在全球最大规模的5MW/10MWh全钒液流电池储能系统应用示范工程这一示范项目的良好带头作用下，未来钒电池有望成为储能行业的“黑马”；再加上我国新能源产业也将步入“钒电池时代”，预计钒矿相关个股如明星电力、国星光电、天兴仪表及海亮股份将获得资金的青睐。
明星电力(600101)：有分析人士指出，钒具有“现代工业的味精”之称。公司持有四川奥深达资源投资开发公司100%的股权，奥深达公司在矿产勘探、开发等方面开展了大量的工作，公司已获得四川甘孜和平武、陕西山阳、西藏江达、新疆且末等地的铁、锰、钒、银、铜、铅、锌等各类矿权共7宗。其中，奥深达的核心资产为持股比例75%的陕西山阳县杨洼钒矿项目(已经获得采矿权)
国星光电(002449)：2013年1月，公司股东大会同意调整钒业项目的投资实施主体，将以龙宇钒业为主体继续实施该项目。而龙宇钒业自2005年底依赖拥有河南省淅川县打磨沟的钒矿采矿权，并已取得国土资源部门颁发的采矿许可证，该矿区矿石中主要有益元素是五氧化二钒。
天兴仪表(000710)：2008年6月，公司完成收购鑫地隆矿业公司70%的股权，目前该公司已取得了耀岭河钒矿的采矿许可证，有效期限为3年，自2010年12月28日至2013年12月28日。该项目勘查面积为646平方公里，目前鑫地隆所拥有的耀岭河钒矿内蕴矿石储量2382万吨，该项目工程建设(行情 专区)需投入资金6000万元左右，公司尚需筹措资金才能进行投资建设。
海亮股份(002203)：公司持有恒昊矿业股份5000万股的股权，占恒昊矿业增发后总股本的1289%。据悉，恒昊矿业拥有四座镍矿山、一座钒矿山、两座锰矿山和两座铜钼矿山，钒金属储量达4203万吨。 一、电堆作为发生反应的场所与存放电解液的储罐分开，从根本上克服了传统电池的自放电现象。功率只取决于电堆大小，容量只取决于电解液储量和浓度，设计非常灵活；当功率一定时，要增加储能容量，只需要增大电解液储罐容积或提高电解液体积或浓度即可，而不需改变电堆大小；可通过更换或添加充电状态的电解液实现“瞬间充电”的目的。可用于建造千瓦级到百兆瓦级储能电站，适应性很强。
二、充、放电性能好，可以进行大功率的充电和放电，也可以允许浮充和深度放电。对铅酸蓄电池来说，放电电流越大，电池的寿命越短；放电深度越深，电池的寿命也越短。而钒电池放电深度即使达到100%，也不会对电池造成影响。而且钒电池不易发生短路， 这就避免了因短路而引起的爆炸等安全问题。
三、可充放电次数极大，理论上寿命是无数次。充放电时间比为1：1，而铅酸电池是4：1。而且钒电池充、放切换响应速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供电。
四、能量效率高，直流对直流能量效率可以达到80%以上，而铅酸电池只有60%左右。钒电池组中的各个单位电池状态基本一致，维护简单方便。
五、选址自由度大，占地少，系统可全自动封闭运行，不会产生酸雾，没有酸腐蚀。电解液可反复利用，无排放，维护简单， *** 作成本低。是一种绿色环保储能技术。因此对于可再生能源发电，钒电池是铅酸电池理想的替代品。 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：通过增加单片电池的数量和电极面积，即可增加钒电池的功率，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。加拿大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002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钒电池选址自由度大，可全自动封闭运行，无污染。 钒电池存在的技术问题主要有两个，第一，钒电池正极液中的五价钒在静置或温度高于45摄氏度的情况下易析出五氧化二钒沉淀，析出的沉淀堵塞流道，包覆碳毡纤维，恶化电堆性能，直至电堆报废，而电堆在长时间运行过程中电解液温度很容易超过45摄氏度。第二，石墨极板要被正极液刻蚀，如果用户 *** 作得当，石墨板能使用两年，如果用户 *** 作不当，一次充电就能让石墨板完全刻蚀，电堆只能报废。在正常使用情况下，每隔两个月就要由专业人士进行一次维护，这种高频次的维护费钱、费力。
另外，钒电池成本过高。以一个五千瓦电池为例，电解液（一立方，18mol/L）17万、控制系统10万、隔膜7万、板框4万、石墨板15万、泵07万、碳毡04万，总共406万，这只是主要材料成本，没计入次要材料成本和人力成本。因此，一个五千瓦钒电池的成本在四十万以上，高出相同规格铅酸电池的成本数倍。
从环保的角度来说，钒电池压根就不环保，配制电解液用到的原料、正极沉淀以及泄漏的正极液经风干后形成的薄层都有一样相同东西，那就是五氧化二钒，它是一种剧毒化学品。
因此，钒电池还有很多问题需要解决，让人无法乐观的是，钒电池在国内被研究十多年来还没有哪家科研机构取得了突破。 钒电池（VRB）是一种新型清洁能源存储装置，经过美国、日本、澳大利亚等国家的应用验证，与市场中的铅酸蓄电池、镍氢电池相比，具有大功率、长寿命、支持频繁大电流充放电、绿色无污染等明显技术优势，主要应用于再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统、海岛应用等领域。
早在60年代，就有铁—铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入实用，并全力推进其商业化进程。 前期工作：我单位从1995年率先在国内开始钒电池的研制。先后研制成功了20W、100W、500W的钒电池样机，在钒电池的关键技术上有所突破，填补了国内空白。成功开发了四价钒溶液制备、导电塑料成型及批量生产、中型电池组装配和调试等技术。1998年，500w的钒电池样机用于电瓶车的驱动。现已研制出800W的产品样机。

25锰钒钢：就是含锰量在25%，含钒的合金钢。
1、合金钢 alloy steel 钢里除铁、碳外，加入其他的合金元素，就叫合金钢。 在普通碳素钢基础上添加适量的一种或多种合金元素而构成的铁碳合金。
2、根据添加元素的不同，并采取适当的加工工艺，可获得高强度、高韧性、耐磨、耐腐蚀、耐低温、耐高温、无磁性等特殊性能。

人体必需的金属元素
——锡、钒
对于标题上所列的这些金属，人体的需要量极少，即使是一生的需要量加起来也不足30克(1盎司)。它们之所以被认为是人体必需的元素，是因为从动物体内分离出来的多种酶中均含有这些元素，而这些酶的催化作用也被认为是人体系统的一部分。于是我们似乎可以合乎情理地推测，这些金属是人体必需的元素。由于人体对它们的需求量极少，通常也意味着即使摄入量不足也不会对人体产生危害。下面，我们逐一简要介绍它们，先后次序按表2中所列的各种金属在人体中含量的多少排列。
锡体重为70千克的成人，体内平均含有20毫克的锡，其中一些来自于罐头食品的金属罐。我们一天大约摄入03毫克的锡，但目前还没有人类缺锡的任何证据，也没有人体确实需要这种金属的明确证据。只是对于某些动物来说锡可能是不可缺少的，比如如果给大鼠喂不含锡的食物，它就不能正常成长。对于人类来说也许同样如此。
19世纪初，人们发现如果把食物尤其是肉类，密封在锡制罐子里储存，就能够存放很长时间。然而，吃这种肉可能是致命的。
大多数形态的锡毒性都很低，但有证据表明，某些锡的有机化合物有致癌和诱发基因突变的作用。在这些化合物里，锡原子和碳原子通过化学键连接在一起，从而形成了具有毒性的物质。某些锡的有机化合物被用作防污涂料，涂在轮船和帆船的船体上，以防止藤壶等甲壳动物在上面繁殖。但是，即便这种化合物的含量很低，对于像牡蛎这样的海洋生物来说也是致命的，好在这种做法已逐渐停止。
钒和锡一样，人体内含有的钒比实际需要的多很多。体重为70千克的成人，体内平均含有20毫克的钒，每天的摄入量约为2毫克。人体中有一种酶能够控制钠的作用方式，人们认为钒就是这种酶的调节物质。此外，钒还有其他的作用。钒第一次引起营养学家的关注是在1977年，当时人们发现市场上人工制备的腺苷三磷酸(ATP)能够通过作用于神经系统，扰乱体内作用于神经系统的钠一钾平衡。ATP是一种高能量分子，在参与人体代谢过程的每一个细胞里都有。人们对这种破坏钾一钠平衡过程的进一步研究发现，是钒在其中起了一些作用，从而引起了人们对它的兴趣。然而，至今人们仍然没有搞清楚，为什么钒是人体必需的一种元素。尽管如此，人们还是认为它是必不可少的。对小鸡和大鼠进行的实验告诉我们，钒有促进生长的功能，对于人来说估计也差不多。然而，人类不大可能出现缺钒的情况。
钒是一种闪烁着银色光泽的金属，主要用于制造合金，尤其是与钢形成合金。1801年德里奥(Andr6s Manuel del Rio)在墨西哥的墨西哥城首次发现了这种元素，此后，1831年塞尔弗施特勒姆(Nils Gabriel Selfstrom)在瑞典的法伦再次发现了钒。尽管世界上有许多含量很高的钒矿，但人们并不直接从钒矿中提取钒，一般是在提炼其他元素时留下的副产品中得到钒的，或者从委内瑞拉产的石油中提炼钒。钒在全世界的年产量约为7 000吨。

目前，该元素已发现有108种，其中90种金属元素（包括硼，硅，砷3种半金属）。金属的分类有两种基本方式，美国，英国，日本和其他国家，世界有色金属和非有色金属类金属元素分为。前苏联和东欧国家将其分为金属的黑色金属和有色金属类。中国目前使用中的前苏联和欧洲的工业基地的分类，但这种方法并没有严格的科学依据，如“黑”与“色”是不够确切的命名，但该公约只。对于许多有色金属，人们根据其性质，目的，使用和分布等不同的储备，又将其分为四类，即：重金属，轻金属，贵金属和稀有金属。金属，轻金属和贵金属，包括铜，镍，钴，铅，锌，锡，锑，铋，汞，镉，密度大于45克/厘米3。轻金属，如铝，镁，钠，钙，钾，密度小于45克/厘米3。贵金属，包括金，银和铂族金属（铂，钌，铑，钯，锇，铱）8种元素。如此昂贵的售价比普通的金属命名。稀有金属分为五类：稀有轻金属包括锂，铍，铷，铯元素，密度，化学活性;稀有难熔金属，包括钨，钼，钽，铌，锆，铪，钒，钛和铼的9个要素，其特征在于，较高的熔点（1700℃以上），硬度和耐腐蚀性;稀有金属，包括镓，铟，铊，锗，硒，碲，其在本质上的分布是高度分散的，没有单独的矿物矿床，稀土金属，包括镧，钪及钇17种元素，它们的性质非常相似，在矿石共生，一个单一的纯金属是非常困难的准备，稀有放射性金属包括天然放射性元素钋镭，锕，钍，镤，铀和超铀元素和其他19个元素。天然放射性金属也往往是共生的，但也常与稀土金属。

地球上的钒不算稀少。据苏联的地球化学家估算，在能够开采得到的那部分地壳里平均含钒0．02%，这个数目决不算少，而铅在地壳里的含量不过是它的1／15，而银还只有这个数目的1／2000。因此实际上，地壳里所有的钒等于锌和镍，但锌和镍的开采量每年有几十万吨吗？

不但在地球上，在我们能够开采得到的地壳里有钒，在铁集中的地方，也许也含有相当大量的钒。这一点是落到地球表面的陨石告诉我们的。钒在含铁的陨石里的含量，差不多是在地壳里的2～3倍。天文学家在太阳光谱里也看到有鲜明光辉的钒原子的光谱线，可地球化学家却正为了这件事情伤透脑筋。到处都有许多钒，宇宙里没有一处不分布着这种金属，可是钒聚集在一起的地方却很少，可以把钒轻而易举地开出来用到工业上去的地方就更少。实际上，几乎所有铁矿里都有钒，凡是含钒达到百分之零点几的地方，就可着手开采它。如果能从几千吨铁里提取到这个贵重的金属，已经很不错了。

如果化学家发现某种矿石含1%的钒，报纸就要登出来说，找到了储藏量丰富的钒矿。很清楚，有一种道不明的内在的化学力量在不断地分散着钒的原子。科学的任务就是要弄清楚究竟是哪种力量能把这种分散的钒原子聚集在一起，怎样才能打消它们旅行、分散和迁移的性质。这样的力量在自然界里确实是存在的，因此现在我们研究钒的矿床，就该读一读下面几段文字，讲到能够把钒原子聚集在一起的一些作用。

首先，钒是沙漠的金属。它很怕水，水很容易溶解它，把它的原子沿着地面冲散开；它还怕中纬度和北纬度地带的酸性土壤。只有南纬度地带才适合它存在，那里的空气里有许多氧气，并且有硫化物的矿脉在崩坏着。在南非的炽热的沙底下，在它的故乡——太阳脚下的墨西哥，在龙舌兰和仙人掌丛里，它形成黄褐色像铁帽子似的东西，形成褐色的小丘，像士兵的钢盔盖在硫矿的露头上。

我们发现古代科罗拉多沙漠里也有钒的化合物，在乌拉尔地区二叠纪的沙漠里也发现过它，这个沙漠的东部圈在高耸的乌拉里达山脉里。只要是太阳晒得灼热的地方，都能生成钒的盐类，就能把分散的钒原子聚集起来形成有工业意义的矿床。尽管如此，钒的储藏量还是非常少，它的原子想方设法想从人的手里溜出去，然而有一个更大的力量，能够抓住钒而不让它失散，那就是活物质的细胞，那就是有机体，此种有机体的血球不是由铁构成，而是由钒和铜构成的。

有些海生动物的身体里有钒聚集，特别是海胆类、海鞘类和海参类，它们成群地浮在海湾里和海岸边，占据几千平方米的面积。很难说，它们是从海水里搜集来的钒原子，因为海水本身从来没有发现过钒。显然，这些动物有某种特殊的化学性质，能够从食物的碎屑、淤泥和海藻的残骸等等里面提出钒来。没有一种化学试剂的作用可以像生物体那样灵敏和复杂，生物能够把几百万分之一克的钒逐渐地积累在躯体里，等它们死了以后就留下来丰富遗产，使得人们可以从那里得到金属钒来供工业上应用。

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