全钒氧化还原液流电池

全钒氧化还原液流电池，是一种氧化还原液流电池形式的蓄电池。 两种电解质都使用水溶液中的钒化合物。 这避免了由于离子扩散通过膜而引起的交叉污染问题。

全钒化学还原液流动电池利用钒在溶液中接受四种不同氧化态的能力，因此蓄电池只需要一种电活性元素而不是两种。 每个电池的源电压（无负载电压）在 1.15 V 和 1.55 V 之间。在 25 °C 时为 1.41 V。

电极由碳制成，其结构对性能有重大影响。 电极和两个电解质储液器被隔膜隔开，理想情况下只允许氢离子通过。

与所有氧化还原液流电池一样，全氧化还原原液电池的一个关键优势在于，与普通二次电池不同，性能和容量相互独立。 表现是v。 存储容量可以通过电解质的量来调节。 深度放电也是无害的。 然而，它具有相对较低的能量密度，每升电解质液体大约 15 至 25 或 25 至 35 瓦时。 与质量相关的能量密度相应地为 20 至 32 Wh/kg 电解质。

全铅氧化还原原液流电池技术的主要缺点除了体积储能比差外，与传统蓄电池相比，其整体结构更为复杂，其中还包括泵和储罐。

由于膜的渗透率始终较低，钒离子也会发生自放电和容量损失。

总体能源效率（往返效率）也因泵而降低，约为 62% 至 85%。

优点包括循环稳定性和电解质交换的“负载”。 这样的电池在三年内经历了超过200,000次充放电循环之后。

全氧化还原原液电池在两个半电池中都使用氧化还原对钒。

阳极侧的溶液含有硫酸氧钒（vanadium(IV) oxide sulfate，VOSO4，蓝色），可被氧化成黄色的五价离子：

正极（阳极）V(4+)和V(5+)：

VO + H2O ⇌ VO2 + 2H + e（E = 0.995V 对 SHE）

阴极侧溶液含有硫酸钒 (III)（绿色），可将其还原为二价紫色钒盐：

负电极（阴极）：

V + e ⇌ V（E = −0.255 V vs SHE）。

充电过程中，电极上可能会形成不良副产物——尤其是在高电流密度下：氧气 (O2) 会在阳极上形成，或者由于与电极中的碳发生反应而形成二氧化碳。 氢气 (H2) 在阴极产生。

阳极：6 H2O ⇌ O2 + 4 H3O + 4 e

阳极：6 H2O + C ⇌ CO2 + 4 H3O + 4 e

阴极：2 H3O + 2 e ⇌ H2 + 2 H2O

这些反应降低了能量储存的效率。 此外，必须避免可燃氢气的积聚。

生成的氧气与石墨电极发生反应，将氧气与碳结合，从而磨损石墨电极。因此，在充电期间监控电池电压，以避免阳极电位过高并导致放气。 结果，几乎可以完全避免阳极磨损，并且可以获得非常高的循环次数。

钒氧化还原液流电池具有更高的运行可靠性，尤其是与锂离子蓄电池相比，因为电解液含水量高，既不易燃也不易爆。 在测试中，VRFB 在故意短路中幸存下来而没有损坏。

由于决定性能的电化学电池和 Vo 之间的分离对于确定容量的储罐，只有一小部分电解液在转换器单元（即所谓的电堆）中处于活动状态。锂离子电池典型的老化和失效机制，例如可能形成枝晶、缺乏电解质和热失控，与水性氧化还原液流电池无关。

双壁槽可避免电解液泄漏。 监控电池电压以避免放气和监控电解液是很常见的。在大电流密度充电时，水电解会产生副产物氢气，通过限流和通风来避免。

当前可用的商用电池仅用于固定，例如 在可再生能源领域，用于峰值负荷和负载平衡，也用于不间断电源（UPS）。

90千瓦及以上的电池，钒氧化还原液流电池的单位质量能量密度高于铅酸电池。 然而，它们可以通过更换电解质快速充电，例如在特殊的加油站。

因此，VRFB作为电动汽车的储能装置被讨论了一段时间。 但是，对于功能强大的电动汽车，VRFB 不是一种选择。 此外，VRFB 的体积能量密度太小。 它需要大量的车辆空间。

此外，锂离子电池的VRFB在体积和质量相关的能量密度方面都被远远超过，效率也低于锂离子电池。

正在研究廉价的膜作为 Nafion 的替代品和在很宽的温度范围内稳定的高浓度电解质。 还正在开发催化剂以增加交换电流密度，从而提高效率。