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钒电池发明人Maria Skyllas-Kazacos教授谈全钒液流电池技术优势

作者:中国储能网新闻中心 来源:仇进国 钒电池 发布时间:2021-12-05 浏览:

中国储能网讯:近日,QEM Limited总经理 Gavin Loyden向新南威尔士大学的 Maria Skyllas-Kazacos教授就全钒液流电池的发明过程和技术优势进行了专访,以下是专访全部译文。

GavinLoyden:今天,我非常荣幸地与MariaSkyllas-Kazacos教授进行讨论,这位女士于80年代在澳大利亚新南威尔士大学发明了第一个全钒氧化还原液流电池。玛丽亚被授予澳大利亚勋章成员,以表彰其对科学和技术的贡献,特别是在开发这种钒氧化还原液流电池作为替代电源的领域。所以,非常感谢你加入,玛丽亚。很高兴见到你,我感到非常荣幸和高兴。也许您想向我们介绍一下您多年来开发的VRB系统,以及您对未来发展的看法。

MariaSkyllas-Kazacos教授:嗯,早在1980年代中期,当我们看到NASA在液流电池上所做的工作时,我们就开始研究钒电池。但他们当时是正在研究铁铬系统。很快,我们看到铁铬出现了问题......,首先,液流电池就像电池,但它也像燃料电池。它包括两种解决方案,它们包含相同或两个具有不同潜力的不同元素。当你通过一个像引擎一样的电池堆传递这些溶液时,电子从一侧转移到另一侧。但是两者之间有一层膜,将两种解决方案分开。但是,如果你在正极和负极的溶液中有两种不同类型的元素,膜就不能将它们永远分开。

所以,最终他们交叉混合。这就是铁铬电池的问题,这种交叉污染。因此,我们意识到克服这一点的唯一方法是在两侧半电池中使用相同的元素。所以,我当时的一位同事一直在研究提取钒和加工钒的过程。所以他说,"哦,钒有很多氧化价态。我们还看了元素周期表,然后说,"好吧,我们开始测试它。所以,我有一个学生当时和我一起工作,我们测试只是为了检查它是否足够可溶,这是关键的事情之一,它必须是可溶的,充分可溶的,以提供你需要的能量密度。它必须具有合适的电位差,才能为您提供所需的电压。

因此,经过几次实验,我们发现在两个半电池中实际使用钒是可行的。我想,这几乎是一个开始了40年的研究项目——一个关于全钒氧化还原液流电池开发的35年项目计划,早在1990年代,这有点像......事实上,甚至做了一些现场试验和演示。我们与泰国的一家授权许可公司合作,在泰国的一家太阳能房屋中安装了钒电池。然后,我们向三菱化学和鹿岛北电力公司颁发了许可证。他们对钒电池很感兴趣,因为他们在他们的发电站,使用的是来自委内瑞拉的奥里重油。奥里重油中含有高含量的钒。因此,他们正在寻找处理和使用钒废弃物的方法。他们认为这将是一个完美的匹配,他们从发电站的烟灰废弃物中提取钒,并用它来生产电解质。

然后,经过和我们一起工作了几年,他们以前一直在研究铁铬电池,后来他们切换过来,他们在发电站安装了第一个400千瓦时的钒电池。然后我们还把钒电池放进了电动高尔夫球车里。所以,我们在1990年代做了很多项目。然后把专利卖给了当时的Pinnacle。在那之后,当专利实际上到期时,许多其他公司也开始进入钒电池。

GavinLoyden:您如何看待钒电池与锂电池?无论是在能量密度场景中,还是在寿命和安全性方面?

MariaSkyllas-Kazacos教授:锂电池的能量密度比任何其他电池都要大得多,这就是为什么它们被用于电动汽车

的原因。但锂电池的一个问题是它们确实存在严重的安全问题。最近,一些大型储能系统发生了不少火灾。而液流电池和钒电池都是基于水溶液,它们没有任何易燃溶剂。因此,比锂电池安全得多。我认为这是一些人需要注意的重要领域,特别是对于非常大的兆瓦级储能系统。

GavinLoyden:是的。这似乎是他们最适合的地方,对吧,无论是在大规模电网侧储能还是大规模离网解决方案中?

MariaSkyllas-Kazacos教授:是的。特别是对于可再生能源存储,您需要能够存储四,五,六,八个小时的能量,以便您可以使用它,例如,将其与太阳能一起使用,然后在夜间您可以切换到存储在电池中的能量。对于风能也是如此,当风不吹时,那么你至少可以有六,七,八,十个小时的储存能量。这就是液流电池非常重要的地方。因为能量存储在溶液中,所以你可以独立地改变储能容量,能量与功率的比值,你只需通过调整溶液的体积来调整它。这意味着,特别是,一旦你开始想要超过四个小时的存储时间,你所需要做的只是添加额外的解决方案而不是额外的电池,每千瓦时的成本就会急剧下降。因此,即使锂电池在小时应用中的每千瓦时可能更便宜,最多两到三个小时,但是一旦你超过四个小时,那么钒电池的成本就会便宜得多。

GavinLoyden:我的理解是,钒电池不会像其他电池系统,特别是固态电池系统那样,在充电和充电过程中会同样出现衰减,钒电池可以将这种能量储存相当长一段时间。这样理解对吗?

MariaSkyllas-Kazacos教授:是的。全钒液流电池已经被证明会实现数十万次循环。例如,住友电工在2005年左右进行了一次实地试验,在他们进行试验的三年时间里,电池经历了超过20万次循环,而性能没有任何下降。电解质不会变质。因此,即使在20年,30年,40年后,如果你完成了一个项目,你可以将电解质放入不同的项目或应用程序中。这也带来了这样一种可能性,即很多人实际上可能只是租赁电解质,而不是将电解质作为前期投入成本出售给用户,因为电解质不会变质。因此,已经有几家公司开始合作,提供电解质的租赁安排。这使得前期投入成本甚至低于其他方式。此外,您还可以将前期投入成本转换为运营成本,这是非常有利的。

GavinLoyden:在钒电池的生命周期中,没有更换问题。这不像其他一些竞争性电池化学品,它们的寿命有限,然后它们还有一个处置问题,而钒的情况却并不这样。

MariaSkyllas-Kazacos教授:是的,没错。电解质,因为它不会变质,所以你不需要处理它。你只是卖掉它,或者你甚至可以提取钒,然后将其出售,甚至用于不同的应用,因为钒总是保持其价值。当然,多年以后,电池的部分组件会老化,您可能需要在这里或那里更换泵,或者有时可能更换单个电堆,但这只是您使用任何电池都会面临的问题,而钒电池的维护成本要远远低得多。

GavinLoyden:这是一个了不起的元素,可以应用于许多领域。但显而易见的是,钒电池对于澳大利亚和世界来说,是一个非常重要的领域,而且对于我们寻求全球碳减排的世界来说,这是一个非常及时的解决方案。那么,目前钒电池系统的钒来自哪里,您认为未来的钒将在哪里?

MariaSkyllas-Kazacos教授:很明显,这是我们过去10年来的主要担忧,因为世界各地生产的大部分钒实际上都是针对钢铁行业的。生产能力并不比钢铁行业的需求大多少。因此,随着对全钒液流电池的需求不断增长,那么出现了需求大于供应的情况,特别是当中国经历了非常快速的扩张和建设时,这就造成了钒价格的不稳定。这一直是许多想要投资和使用钒电池的人所关注的问题。所以,这就是为什么多年来,我一直在努力帮助宣传钒电池的重要性以及提高钒生产能力的重要性。因为一旦我们开始生产更多的钒,那么供应就会变得稳定,成本和价格也会稳定下来。所以,这就是为什么我渴望看到更多的钒生产,特别是在澳大利亚。因为我的意思是,这是我们发明钒电池的地方,这也是我们希望一些回报可以回馈社区的地方,因为他们支持我们这么多年,我们希望看到一些制造业,一些生产出现在澳大利亚。当然,因为需要我们减少对化石燃料的依赖,我们将越来越多地进入可再生能源领域,我们开始扩大太阳能、风能等的发电量,这些不稳定的能源质量将给电网带来巨大的问题。因此,我们需要在电网上有更多的储能空间,而这里和那里只有几块电池是远远不够的。如果我们要大规模渗透可再生能源,我们就需要有大量的储能,而全钒液流电池就是这种兆瓦和吉瓦规模储能的最佳解决方案。事实上,你可能知道,在中国,他们正在大连安装一个800兆瓦时的钒电池,可以为多达50,000户家庭供电,并将储存来自大型风电场的电力。所以,这就是钒电池可以提供和实现的规模。

GavinLoyden:我知道澳大利亚私营部门和政府部门都有非常雄心勃勃的储能计划。显然,从矿物来源生产钒正变得越来越重要。我们当然希望像QEM这样的公司能够支持这一发展,并尽早投入生产并支持该行业。而且,正如你所说,支持澳洲的经济韧性并恢复制造业。这是一个可以围绕储能领域而成长的整个行业。它只需要多一点的引导和更多一点的知识普及以进入这个市场,希望我们在这里也能在这方面提供帮助。

MariaSkyllas-Kazacos教授:嗯,我希望如此,我希望如此。因为我们有很多钒,我们可以生产钒,我们可以生产钒电解质,然后希望这也将帮助我们开始生产电池,甚至还有围绕着这些系统安装、维护和操作等的整个行业。

GavinLoyden:是的,绝对的。祝贺你们开发了这样一个极其出色的系统。它来自它的时代,可能需要一点时间。我敢肯定,这感觉就像是需要一点时间才能完成,但是......

MariaSkyllas-Kazacos教授:嗯,我一直在说,我一直告诉人们,当我们开发它时,我们早了25年......

GavinLoyden:经常是这样。

MariaSkyllas-Kazacos教授:但至少现在是时候了。

GavinLoyden:现在是时候了。如果说COVID新冠疫情有任何积极因素的话,那就是可能暴露了我们在许多方面缺乏弹性,这是其中之一。这确实加强了所有澳大利亚人,特别是政府的关注,重新了关注在澳大利亚真正生产东西并增加价值,这也是我们在这里要支持的。

MariaSkyllas-Kazacos教授:那太好了,我很期待。

GavinLoyden:非常感谢您的时间!

MariaSkyllas-Kazacos教授:我的荣幸。

GavinLoyden:期待我们的下一次对话,谢谢!

MariaSkyllas-Kazacos教授:我也期待,谢谢!

GavinLoyden:太好了,谢谢。

编者按:

Maria Skyllas-Kazacos,澳大利亚新南威尔士大学化学工程学院教授,1951年出生于希腊,1974年毕业于新南威尔士大学,获得工业化学工程学位,并获得大学奖章。1978年在新南威尔士大学化学技术学院获得博士学位,澳大利亚技术科学与工程院院士。

作为一名杰出的电化学科学家,Maria Skyllas-Kazacos教授在1984年发明了全钒氧化还原液流电池,并在1986年获得全钒氧化还原液流电池的第一个专利。此后Maria Skyllas-Kazacos教授及其团队继续在全钒氧化还原液流电池领域进行了开创性工作,使得全钒液流电池在国际上已经成为最可行的储能技术之一。现在世界已经有数十家企业从事于全钒液流电池的开发、生产与应用,通过高效满足日益增长的可再生能源储能需求,全钒液流电池将有助于减少化石燃料消耗和温室气体排放。

目前尽管 Maria 已正式退休,但她仍然继续致力于指导学生研究钒电池、能源系统建模和控制等领域。“嗯,我喜欢我的工作,”她说。“我为什么要停止做我喜欢的事情?”

笔者曾经数次有机会与Maria Skyllas-Kazacos教授交流,言谈之中深切感受到科学家的严谨与执着,以及教授对全钒液流电池的无比信心和深厚关注!在此,谨向全钒液流电池发明人致敬!

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关键字:液流电池

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