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全釩液流電池(Vanadium Redox Flow Battery，VRFB)是一種新興的大規模儲能系統，通過將電能轉換成化學能來儲存能量。這種電池技術在可再生能源併網、智能電網和電力系統穩定等領域具有廣闊的應用前景。隨著全球能源轉型和可再生能源比例的不斷提高，全釩液流電池作為一種高效、安全、環保的儲能技術，正受到越來越多的關注和研究。
全釩液流電池的核心原理是利用不同價態的釩離子在電解液中進行氧化還原反應。電池系統包含兩個獨立的電解液儲罐，分別儲存正極和負極的電解液。正極容器中儲存藍色(VO2+)和黃色(VO2+)的釩離子溶液，負極容器中儲存紫色(V2+)和綠色(V3+)的釩離子溶液。在充電時，外部電源提供電子，使正極的VO2+氧化成VO +，負極的V3+還原成V2+。放電時，V2+釋放電子被氧化成V3+，VO2+得到電子被還原成VO2+，從而產生電流。這個過程中，H+離子通過交換膜在正負極之間移動，以維持電荷平衡。

正極端反應(放電)：
𝑉𝑂+ + 2𝐻+ + 𝑒− → 𝑉𝑂2+ + 𝐻2𝑂， 𝐸0 = 1.00𝑉 𝑣𝑠. 𝑆𝐻𝐸
負極端反應(放電)：
𝑉2+ → 𝑉3+ + 𝑒−， 𝐸0 = 0.255𝑉 𝑣𝑠 𝑆𝐻𝐸
全反應(放電)：
𝑉𝑂+ + 2𝐻+ + 𝑉2+ → 𝑉𝑂2+ + 𝐻2𝑂 + 𝑉3+， 𝐸0 = 1.255𝑉 𝑣𝑠 𝑆𝐻𝐸
全釩液流電池系統主要由以下部分組成：
1. 電池堆：由多個單電池串聯組成，每個單電池包含以下部件：
 正負極：通常使用碳基材料，如石墨氈或碳紙，提供電化學反應的場所。
 交換膜：通常使用陽離子交換膜，如Nafion® 212或117，允許H+離子通過，但阻止不同價態的釩離子混合。
 雙極板：用於分隔相鄰單元格並收集電流。
2. 電解液：含有不同價態釩離子的硫酸溶液，通常釩離子濃度在1.5至2 M之間，硫酸濃度約在2至6 M。
3. 儲罐：用於儲存正負極電解液，容量決定了電池的能量儲存容量。
4. 泵：用於循環電解液，確保電解液在電池堆和儲罐之間持續流動。
5. 管路系統：連接各部件，實現電解液的循環。
6. 熱管理系統：控制電解液溫度，維持系統在最佳工作溫度範圍內。
7. 控制系統：監控和管理整個系統的運行，包括電壓、電流、溫度、流量等參數的調節。
8. 功率轉換系統：包括整流器和逆變器，用於實現交直流轉換。
全釩液流電池相當具有優勢，特點如下：
1) 功率和容量可獨立設計：全釩液流電池的一個顯著優勢是其功率和容量可以獨立設計。功率由電池堆的大小決定，而能量儲存容量則由電解液的體積決定。這種靈活性使得系統可以根據具體應用需求進行優化設計。
2) 壽命長：理論上可達20年以上，循環壽命可達15000次以上。這是因為電化學反應發生在電解液中，而不是在電極表面，大大減少了電極的損耗。
3) 響應速度快：可在毫秒級內切換充放電狀態，適合用於電網調峰調頻。這種快速響應特性使其在電網穩定性維護中發揮重要作用。
4) 安全性高：電解液為水溶液，無爆炸和燃燒風險，且正負極電解液分開儲存，降低了交叉污染的風險。全釩液流電池的硫酸濃度和常用的鉛酸電池的硫酸濃度相當。即使發生泄漏，也不會造成嚴重的安全問題。
5) 能量效率高：可達75至80%，優於許多其他儲能技術。高效率意味著更少的能量損失，有利於提高整個能源系統的效率。
6) 深度放電不影響壽命：可100%深度放電而不影響電池壽命。這一特性使得全釩液流電池可以充分利用其儲存的能量，無需考慮淺充淺放對壽命的影響。
7) 環境友好：電解液可以循環使用，減少了廢棄物的產生。釩是一種無毒金屬，不會對環境造成嚴重污染。
8) 可擴展性強：通過增加電池堆數量和電解液體積，可以輕易實現系統的擴容。
9) 自放電率低：由於正負極電解液分開儲存，自放電現象很少發生，有利於長期儲能。儘管全釩液流電池具有諸多優勢，但仍面臨一些技術和經濟方面的挑戰：
1. 能量密度較低：相比鋰離子電池，全釩液流電池的能量密度較低，通常在25至35 Wh/L左右。這限制了其在某些對體積敏感的應用場景的使用，如移動設備或電動汽車。