全钒液流储能电池研究的先驱为澳大利亚新南威尔士大学。从1984年开始,新南威尔士大学(UNSW)的Skyllas2Kazacos研究小组对VRB开展了一系列的研究工作,并于1991年开发出1kWVRB电池组。
从20世纪80年代中期开始,日本有多个机构参与了VRB液流电池的研发工作,并成功开发出多种不同规模的全钒液流电池储能系统。1985年,日本住友电工(SEI)与关西电力公司(KansaiElectricPowerCo.)合作进行VRB的研发工作。在成功研制20kW电池组的基础上,SEI于1996年用24个20kW的电池组(实际功率18.8kW)通过模块化方式串、并联连接组成了450kW的VRB电池组,关西电力公司把它作为子变压电站的一个基本单元进行充放电试验,530次循环电池能量效率均值为82%。随后,SEI的VRB开发工作节奏明显加快。20002002年间SEI分别完成了用于办公楼供电的800kWh、用于半导体厂的115MWh、用于风力发电场的110MWh、用于高尔夫球场光伏电池配套的240kWh以及用于大学校园的5.0MWh的VRB储能电池系统的建设工作。北海道的一套功率为4MWP6MWh的全钒液流储能电池用于对30MW风电场的调频和调峰。
电工实验室(ElectrotechnicalLaboratory,Tsukuba,Ibaraki,Japan)也是日本较早从事VRB研发工作的机构之一。在电工实验室的指导下,日本最大的电力公司Kashima2Kita于1990年开始开发VRB电池及相关技术,并在1992年就VRB的研发工作与UNSW签署了专利许可协议。陆续开发成功2kW、10kWVRB电池组,其中10kW电池组已经过1000次循环试验,平均能量效率保持在80200kWP800kWhVRB储能系统也于1997年九月建成并接入公司电网系统进行电池性能测试,650次循环能量效率的均值为80%,显示出较好的性能稳定性。目前,在日本共有15套全钒液流储能电池系统进行示范运行。
加拿大VRBPowerSystems公司在全钒液流储电池系统的商业化开发方面也做了大量卓有成效的工作。2003年十一月十四日VRBPowerSystems公司为澳大利亚King岛HydroTasmania建造的与风能及柴油机混合发电系统配套的钒电池储能系统(VRB2ESS)正式完工并投入运行。该系统的容量为800kWh,输出功率200kW。VRB2ESS的使用优化了King岛上的混合发电系统性能,并使风力发电系统稳定供电,减少了对柴油机发电量的需求,因而减少了燃料费用及向环境中排放的废气量。混合电站外观及VRB2ESS电解液储罐及管道系统如图1所示。2004年二月,VRBPowerSystems公司又为CastleValley,UtahPacificCorp公司建造了输出功率为250kW,储能容量为2MWh的全钒液流储能电池系统,用于电厂的削峰填谷、平衡负载。近几年来,VRBPowerSystems公司将其5kW的全钒液流储能电池系统用于通讯基站备用电源并加以推广。结果表明,应用全钒液流储能电池系统不仅使得通讯基站运行可靠性新增,还降低了基站运营成本。美国南加州空军国民警卫队(SouthCarolinaAirNationalGuard,SCANG)于2005年十月购买了一套30kW2h的VRB2ESS用术系统的后备电源。
于2000年成立的奥地利CellstromGmbH公司在2008年成功开发出10kWP100kWh的全钒液流电池储能系统,系统的能量转换效率可达到80%。他们与SolongAG光伏公司合作将该系统与太阳能光伏电池配套用作城市电动汽车的充电站,在奥地利维也纳进行应用示范。此外,该公司还积极开展该系统在偏远地区供电、通讯以及备用电源领域中的应用示范。
我国从20世纪80年代末开始液流储能系统的研究工作[2]。我国地质大学与北京大学建立了全钒液流储能电池的实验室模型,研究了电池的充、放电性能。近年,我国工程物理研究院电子工程研究所研制了碳塑电极,研究了全钒液流储能电池正极溶液的浓度及添加剂对反应的影响。东北大学在钒硫酸溶液中添加适量的硫酸钠和甘油提高了钒离子的溶解度和溶液的稳定性。中南大学与攀枝花钢铁研究院合作,开展了全钒液流电池储能系统及其关键材料的研究开发,在高浓度、高稳定性电解质溶液的基础研究工作方面取得重要进展。清华大学在全钒液流电池的离子交换膜材料选择方面进行了研究。
大连化学物理研究所自2002年开始全钒液流储能电池关键材料和系统集成的研究与开发工作。在全钒液流储能电池系统的材料选择、结构设计、系统设计、密封技术、组装技术、循环操作及测试方法等方面取得了大量实践相关相关经验和显著进展。10kW全钒液流储能系统于2006年三月通过辽宁省科技厅组织的专家组成果鉴定,专家组一致认为该成果达到国内领先、国际先进水平。2008年,采用自主研发的技术制备了除离子交换膜之外的全钒液流储能电池的关键材料和部件,在国内首先成功研制出10kW电池模块和100kW级的全钒液流储能电池系统,如图2所示。研制的额定输出为10kW的电池模块,充放电能量效率为81%,最大稳定放电功率达到2818kW以上;研制的全钒液流储能电池系统的额定输出功率为100kW,能量效率达到75%,系统运转情况良好。鉴定委员会专家一致认为:成果达到国内领先,国际先进水平。100kW级全钒液流储能电池系统的研制成功,为全钒液流储能电池系统的规模放大、示范应用及产业化奠定了坚实的技术基础。
