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把风能存进“银行” 可储存更多能量的液流电池

　　位于澳大利亚巴斯海峡西部的金岛，有着跟其他海岛别无二致的漫长沙滩和险峻岩石，不过这里却设立了一个全世界独一无二的银行———“风能自助银行”。通过矗立在金岛西海岸边两个巨大的金属罐，海风高涨时多余的风将被储存起来，待到风平浪静时再取出用于发电。

　　金岛的电力体系没有与澳大利亚国家电网相连，因此长期以来只能依靠一个小型风力发电场以及柴油发电机组来满足岛上的电力需求。2003年，当地一家电力公司的“风能银行”正式“开张”，岛上的供电情况因此大为改观，柴油发电机组的燃料消耗量减少了一半，不仅节省了成本，每年还削减了至少2000吨二氧化碳排放。

　　这个“风能银行”其实就是一个巨大的蓄电池。但与常见的将电能以化学能的方式储存在内的铅酸蓄电池不同，这种被称为液流电池的蓄电系统使用了两种不同的电解液，通过同种元素不同价态的离子间相互转化来实现电能的储存与释放，储能容量增大的同时，成本却降低了。

　　安装在金岛上的液流电池的原型最早是由悉尼新南威尔士大学的化学工程师马莉亚•斯凯拉斯-卡扎科斯开发的。为了避免电池正负极间不同种类物质相互渗透，她选择了同一种物质———金属钒的电解液，这样就保证了电池的蓄能寿命和性能。金属钒可以以4种不同的价态存在，从带2个正电荷的钒离子到带5个正电荷的钒离子。斯凯拉斯-卡扎科斯在实验中发现，将五氧化二钒置于稀释过的硫酸溶液，在得到的硫酸盐溶液中，含有几乎相等数目的带3个正电荷的钒离子和带4个正电荷的钒离子。当将溶液注入到液流电池中并从外部接通电源时，处于电池正极的钒离子都变成带5个正电荷，而处于电池负极的钒离子则都带2个正电荷；关掉外部电源后，负极的钒离子同时流向正极，从而在液流电池内部产生电流。

　　经过十余年的发展完善后，斯凯拉斯-卡扎科斯将全钒液流电池技术授权给了总部位于墨尔本的Pinnacle全钒液流电池公司，并由该公司在金岛安装了这套设备，充分利用风能“削峰填谷”以满足用电需求。与蓄电池正负极相连的储存罐中共装有大约7万升电解液，一旦有用电需求，电解液将通过泵机输进蓄电池的反应室内，中间用薄的离子膜将二者分隔开，处于负极的钒离子通过离子膜向正极流动，电流随之产生。这套设备一次可持续工作2小时，发电量达到400千瓦，金岛的风电使用量也从过去的12%提高到了40%。

　　类似的小型全钒液流电池也已在日本得到应用，很多工厂将之作为备用电源。在美国犹他州西南部的城堡谷，一座发电量为2兆瓦时的储能系统已于2004年竣工，当地的电力公司无需扩容电力线，就能充分满足高峰时期的用电需求。冰岛多尼戈尔的一个风电场也于去年同温哥华VRB电力设备公司签署了一份价值630万美元的合同，计划建造一座发电量达到12兆瓦时的储能系统。VRB电力设备公司的新生产线每年可以生产2500个5千瓦全钒液流电池，最新出厂的液流电池目前正由加拿大国家研究委员会以及北美最大的移动电话公司使用并进行评估。

　　由于全钒液流电池可以保持连续稳定、安全可靠的电力输出，除了能够解决规模化利用风能、太阳能发电过程中的重大储能技术问题外，还可以取代传统蓄电池在很多领域得到广泛应用。不过，研究人员也面临着很多技术挑战，比如怎样延长离子渗透膜的寿命以保证电池的使用效果等。另外，由于硫酸钒溶液的浓度不够，全钒液流电池储能容量只有同等体积的铅酸蓄电池储能容量的一半，不适合在对于电池的体积和重量有限制的电动汽车上使用。因此，斯凯拉斯-卡扎科斯及其同事考虑用溶解度更高的溴化钒来取代硫酸钒，并希望能在2008年完成相关研究。

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编辑：news
  来源：科技日报

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