这个“网红”电池，究竟是什么来路？

近段时间以来，钒电池概念股的异军突起，得到全网重点关注，钒电池俨然成为继锂电池、氢电池、钠电池之后的又一位电池领域新贵。

钒电池以其自身安全、环保、规模大、超长循环寿命等特性，正成为电化学储能的重要组成部分。尤其在调峰电源系统、大规模风光电系统储能、应急电源系统等领域，钒电池具有广阔的应用前景。

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钒电池的工作原理

钒电池，全称为全钒氧化还原液流电池。液流电池是一种液相电化学储能装置，其活性物质完全溶解在电解液中，通过活性元素的氧化价态变化来实现能量的存储与释放，属于一种氧化还原电池。

第一，所谓全钒，按照字面意思理解，是因为电池的正负极都是钒。作为类比，磷酸铁锂电池正极是磷酸铁锂，负极是石墨；铅酸电池的正极是二氧化铅，负极为铅。

第二，氧化还原，这点大家好理解，即电池的基本原理。氧化还原反应的过程有电子得失，电子的移动就形成了电流。

第三，之所以叫液流电池，是因为正、负极均为液体。可以想象成正负极和电解液“合体”了，电池能量直接存储在液态的电解质中。当然，有“合”就有“分”，钒电池的电解液和电堆是分开的。

图：全钒液流电池工作原理示意图

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钒电池结构特点

因为钒电池的电解液和电堆是相互独立的，电解液单独存放在外部的储罐中，另外由于电解液是无法单独流向电堆的，需要通过外部的泵和管路输送内部。

所以肉眼可见，钒电池就是个大块头。常见的钒电池主要由两个装电解液的储罐、电堆、循环泵和管路组成。如果把储罐比作汽车的油箱，电堆就是发动机，储罐中的电解液通过循环泵不断输送到电堆内，电堆则负责充放电。

钒电池的另一大特点是设计灵活，可以按需组合、定制。展开来讲，钒电池的功率单元和容量单元是相互独立的“解耦设计”，储罐中的电解质决定电池容量，电堆的大小和数量决定电池的输出功率。也就是说，要增加电池容量，就相应增加电解液储罐数量；要提高输出功率，只要增加电堆的数量就可实现。

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钒电池的运行优势

安全性好 钒电池使用的正、负极电解液均为极不易燃的无机水溶液，即使正、负极电解液意外发生混合也不用担心，因为同是钒离子家族（正极电解液为5价钒和4价钒，负极电解液为3价钒和2价钒）成员，不会发生反应。

和锂电池、钠离子电池等一样，钒电池在充放电过程中也会在产生热量，不过钒电池在充放电过程中，电解液是循环流动的，电堆内部产生的热量很容易就可以通过输送管路上的热交换器散热。

正因如此，钒电池的热管理系统成本也低，设计和维护方便。一般采取直冷或空冷的方式进行热管理，类似汽车发动机舱内的冷却系统。当电解液温度上升到一定程度时，冷却系统即启动，从而保持电池系统运行在最高效的温度区间。

电池一致性好 对于单个电池，比如手机内置电池或两轮电动车，不用过多考虑电池均一性，但如果是大量电池串联组成的电池包系统，电池一致性可就成为重要指标。

一般情况，一辆使用方形电池包的电动车上有一百多个电芯，而特斯拉用的圆柱电池更是有上千个电芯。随着电池充放电的运行，单个电池的内阻、荷电状态、温度等均会发生不同程度的变化，导致差异性逐渐变大，使得电池系统安全、可靠运行风险增大。所以锂电池企业也在制造过程不断提高电池在出厂时的一致性。

对于钒电池，电解质溶液始终是循环流动的，正负极电解液从各自的储罐容器中抽出，最后进入到电堆时自然具有相同的状态，天生就具备不错的一致性。

使用寿命长因为钒电池的电解液在充放电时不像其它多数电池一样发生物相变化（注：不会生成新的物质，始终都是钒离子，只不过是不同价态），电池容量的损耗就很少，所以钒电池的寿命往往能超过十年。

期间当电池使用较长时间，其性能下降之后，可以通过修复电解液活性来恢复一定的性能。如果最后钒电池系统寿命到期，电解液还是不会浪费，既可以应用到新的电池系统中，也可以作为钒资源进行提纯加工，最终实现电解液的循环利用。

来源：锂电那些事