釩電池相比鋰電池的優勢在哪？未來能替代鋰電池嗎？
知乎上沒有找到任何關於釩電池的回答 這種電池沒有前景嗎？
關注問題好久，這周末實驗室手套箱再生，終於有時間來回(che)個答(dan)了。然而題主所說的釩電池是指全釩液流電池，還是使用釩正極的鋰離子電池？這裡僅對全釩液流電池簡單說兩句。先放結論:
釩液流電池的相對鋰電池的優勢主要有三：
一、方便規模化。一套系統可以做到你家冰櫃那麼大，也可以做到你家小區變電站那麼大，電量夠你家用一天到一年不等，想怎麼設計就怎麼設計。
二、使用壽命長。你也能用半個世紀。
三、安全性較好。面對鋰離子電池忌諱的大電流和過充過放毫無壓力，而且根本不會起火爆炸。
問題主要就一個：
能量密度低。別想著能用在你的手機上了，電動車也沒啥指望。
釩液流電池經過二十多年的發展，已經是一種比較成熟的儲能技術了。其應用方向主要是新能源電場和電網的MWh級大規模儲能站。和主要做移動電源的鋰電池相比，他們的關係就像飯勺和鍋鏟的關係，沒有相互替代的空間。全釩液流電池的主要競爭對手，是水力蓄能、壓縮空氣蓄能等大規模儲能技術，以及其他體系的液流電池。
一、市場
大山裡有個村叫李村，山高路遠不通電。前些年搞村村通，配了台發電機，然而柴油依然十分金貴。太陽落山之後，昏黃的燈光便成了奢侈品。
年關將至，伴著凜冽的北風，在縣城乾電工的李狗嗨騎著三輪出現在蜿蜒的山路上，車後斗拉了幾大塊亮晶晶的黑板子。
「唉，王八蛋老闆黃鶴搞太陽能，欠下了3.5個億，帶著他的小姨子跑了。我們沒有辦法，拿著光伏板抵工資。聽說這玩意晒晒太陽就來電，不燒油不加水。我拖回兩塊來，娃兒們晚上都有書念，翠花也做得了針線了。」
李狗嗨的光伏板架好了，然而就像達文西的手電筒一樣，晚上沒有太陽的時候
編個故事是為了說明目前新能源行業的困境。李狗嗨遇到的問題，風電場的工程師同樣在面對。
某種程度上講，我們司空見慣的電網堪稱世界上規模最大、能量最高的機器，而神奇之處在於這架機器必須保持每時每刻能量的收支平衡，坑口電廠轟鳴的汽輪機的產出，和千里之外華北平原萬家燈火的消費毫釐不差。這是一場曠日持久的走鋼絲。無疑我們有的是控制手段來保持平衡，然而總也免不了有個天災人禍，失手的例子就在不遠的03年美加大停電和08年的華南電網雪災。
新能源的併網給電力工程師帶來了更為頭疼的難題：天氣。用戶老爺們的需求已經夠難對付了，這下又來了一個看老天爺臉色的奇葩……這日子沒法過了(╯￣Д￣)╯┻━┻ 2012年吉林省的棄風率達到32%，也就是1/3的發電量被白白丟在了風裡。除了當地消費能力有限的原因之外，控制上的難題同樣也是原因。風力和光伏短時間內的波動性非常嚴重，難以與電網同步，俗稱「垃圾電」，如果直接併網會導致整個電力系統的不穩定。
以上問題的癥結在於，我們的電網裡還不存在一個儲能的機制，就像達文西的手電筒一樣沒有電池。如果我們能對電能實現高拋低吸，行話叫調峰，棄風和控制的問題就都迎刃而解了。目前只有靠調整發電機的出力來適應需求。然而發電機組通常都在額定功率下處於最高效率，頻繁的出力變化必然導致效率降低。所以對於現有的電力系統，儲能技術也有節能減排的意義。
調峰的示意圖，粉色曲線為風電場輸出，褐色曲線為用電需求。儲能系統在紅色面積下吸收能量，於綠色面積內釋放。如果沒有儲能系統，這部分電力是浪費掉的。
目前比較成熟儲能技術主要有：水力蓄能、壓縮空氣蓄能、液流電池、鉛酸電池、飛輪蓄能、超級電容等等。如圖所示，根據儲能規模的不同，每種技術都有其不同的適用範圍。
各儲能技術的功率規模和儲能時間對比，全釩液流電池可以實現幾十kW到幾十MW的功率規模，儲能時間為幾小時到幾天。
各儲能系統的能量效率，全釩液流電池(VRB)的效率約70-80%，和水力蓄能(PHS)、壓縮空氣蓄能技術(CAES)相仿，略低於鋰電池和超級電容。
各儲能技術的發展情況。目前技術最成熟成本最低的儲能技術是水力蓄能(PHS)，然而這種技術受到地理條件的限制難以廣泛應用。全釩液流電池(VRB)成熟毒中等偏下。相對於其他技術，液流電池適用範圍廣，成本也比較適中。目前最主要的應用便是風電、光伏電場的調峰。目前全世界有超過20個kWh-MWh級的液流電池商業示範項目，其中規模最大的一個是大連融科儲能的龍源風電場項目。
大連融科儲能負責的某全釩液流電池項目，白色圓柱體為儲能罐，中間一排排接管理的方塊為電堆。
當儲能系統的規模達到一定程度，可以實現對整個電網的支持。分布於電網各個環節的儲能站根據各自環節的輸入/輸出波動進行調峰，可以平滑輸電系統的負載，將過載的可能性降到最低，同時提高供電的效率和質量；在像海島、偏遠地區這樣的離網系統，甚至部分城市建築，儲能系統和新能源的結合可以帶來就地的清潔能源解決方案，減少遠距離輸電的損耗。未來的儲能站可能和你家小區的變電站一樣司空見慣。
工業界了解不多，不敢妄加置喙。液流電池作為一種儲能技術，很大程度上依附於新能源行業的發展，可謂一榮俱榮。面對油價下跌的現狀，諸多已經上馬的光伏、風電項目面臨著成本的挑戰，而一個高性能的儲能系統可以很大的提高電場的經濟性。隨著儲能系統規模的擴大，儲能技術將作為一種新的控制手段引入電力系統，有機會極大地改變電網的面貌。今年大連理化所的張華民教授獲得國家科技進步二等獎，也能從一個側面反映出政策對這項技術的茲瓷。然而另一方面，在電力設備這個薄利行業里，液流電池畢竟不像電子設備電源、動力電池等行業擁有高附加值的產品和自由的市場，很難獨立實現盈利，其發展更多的依賴於政策。目前國內做的比較好的單位主要是大連理化所和大連融科儲能，技術積累比較深厚。最近一些釩礦企業也在做相關的項目，比較占原材料的便宜。
二、技術
自1985年M. Skyllas-Kazacos成功demo第一個prototype，全釩液流電池的發展已經有30多年。釩液流電池屬於水系液流電池，使用釩離子的硫酸溶液作為電能的儲存介質。作為過渡金屬，釩的價態十分豐(jing)富(fen)，+2、+3、+4、+5價離子在水裡均有不錯的溶解度，而且顏色也十分好看。釩+2價和+5價離子間有1.25V的電位差，這就給了釩自己和自己組成電池的能力。
這貨的結構，也包括大部分其他液流電池大概都長這樣，OF小工的答案里也有配圖。
系統由一個電堆、兩個儲能罐以及配套的泵和管路組成。電解液平時存在儲能罐里，充放電時用泵泵入電堆中進行反應。電堆的基本結構是一個三明治，依次為正極集流體，正極碳氈，隔膜，負極碳氈，負極集流體。正負極電解液分別在碳氈的孔隙之間流過。充放電時，電解液里的釩離子在碳氈表面得失電子，而氫離子穿過離子交換膜來維持電中性。這樣的三明治可以任意疊加來提高電堆電壓。
實際應用時，儲能罐、電堆、液流泵、BMS和逆變器都可以被整合於一套集裝箱內，實現自動化運行，或站在風電場的大平原或站在村口或站在你家小區的某個犄角旮旯默默發揮作用。
釩液流電池的特性帶來了以下優勢：
1.
方便規模化
對一個儲能系統來講，最重要的性能莫過於功率和電量。一般來講，釩電池可以承受的功率和電極面積成正比，也就是和電堆的大小成正比。而電量的多少和電解液體積成正比，也就是和儲能罐的大小成正比。換句話說，不論工程項目對儲能系統的性能提出怎樣的要求，攻城獅同學都能輕鬆加愉快的作出相應設計；哪怕遇上奇葩甲方朝令夕改，也能在原有方案上簡單增減儲能罐和電堆的數目來調整。
不要小看這一點，此等優勢鋰離子電池是非常羨慕的。鋰離子電池的儲能材料塗覆在集流體表面做成電極，其工藝和性能是出場前就由化學家設計好的，很難根據具體工程項目調整。那麼，想提高功率怎麼辦？增大電極面積。想提高能量怎麼辦？增大電極面積。於是乎，在鋰離子電池功率和密度是直接相關的，工程上這叫耦合。攻城獅童鞋灰常討厭這種事情。
釩電池的架構更重要的優勢在於可擴展性。一個能存一度電的釩電池和一個能存一萬度電的釩電池，結構和控制方法是基本相同的，而且還因為規模化的原因成本有所降低。儲能電解液只要攪一攪，混合均勻就能保證充放電深度的一致性。而如果你想做一個同樣規模的鋰電池系統，只能單純的堆電池的數量，同時需要及其複雜的電池管理系統(BMS)來管理每一節電池的溫度和充放電深度(SOC)，否則出現過充過放過熱都會導致電池報廢甚至危險。一輛特斯拉用數千塊電池組成的MWh級電池組已經很瘋狂了，全靠松下18650優秀的一致性和強大的BMS才撐起來。如果在這個基礎上再做大100倍，系統的複雜度會極大的增加成本。
2.
壽命長
市場上的鋰離子電池壽命大約是1000-5000次。鋰離子電池的儲能原理主要是鋰離子在固態電極上的嵌入和脫嵌。電極材料在鋰離子的反覆抽插（誤）下發生應力的變化，久而久之產生裂紋最終導致衰退。然而釩電池的充放電機理是化合價的變化，這是一個完全可逆的過程，實驗室里循環測試的次數都是以萬次為單位計的。考慮到系統中其他部件的壽命，能用半個世紀是完全做得到的。用在你家變電站里，就省去了很大一筆維護的費用。
即使和其他液流電池技術相比，釩電池的耐久性能也是吊打全場的。液流電池電堆的正負極之間是用一層離子交換膜隔開的，避免正負極電解液混合發生交叉污染。然而現在即使是性能最好的Nafion膜也做不到密不透風，天長日久總會有一部分離子滲透到對面去。對於不對稱的液流電池來說，正極的離子在負極上無法參與電極反應，這就導致容量緩慢下降直到最終降原來的一半。然而對於釩電池來說，正負極正負極電解液成分都一樣，隨你咋滲透，反正我充充電自己就充回來了╮(╯▽╰)╭
需要長時間儲能時，電堆中的電解液可以排空以阻止正負極電解液的接觸，故釩電池的自放電率也比較低，存儲時間可在幾小時到幾天。
3.
安全性
上文提到過，鋰電池組需要複雜的電池管理系統來防止過充過放和過熱，過充和大電流會導致電極材料失效報廢，電池膨脹漏液甚至析鋰短路。電池中的碳材料和碳酸酯電解液都是易燃物，如泄露容易導致起火爆炸。
然而在釩電池利用的是水溶液中釩離子可逆的化學價變化，性能不依賴於電極結構，所以即使遭受大電流的虐待也十分耐艹（誤）。同樣過充也只會導致水的電解，只要及時泄壓排出氫氣就沒有問題。至於起火……你覺得水溶液會起火么？╮(╯_╰)╭
如果說有什麼安全上顧慮的話，那就是電解液的酸性。釩電池電解液含有較濃的硫酸(2-3mol/L)來提高五價釩的溶解度和水的析氧電位，同時五價釩有一定毒性。然而綜合全壽命周期來看，釩電池的環境友好性相對鉛酸電池仍有相當的優勢。
有盔甲就有軟肋。釩電池的軟肋就在於其較低的能量密度，只有15-40Wh/L，甚至不如鉛酸電池，導致設備體積重量大，很難應用於移動電源。釩鹽本身分子量較大，在水中的溶解度也有限。市場上的電解液通常用1.5-2mol/L的釩溶液，目前的世界紀錄是3mol/L。答主手頭的項目就是在試圖刷新這個數字，很慚愧，目前就做了這一點微小的工作。
經過30多年的發展，釩電池的性能已經被挖掘到接近天花板，學界也在嘗試利用其它的電化學體系。其中商業化較成熟的技術有鈉-多硫液流電池，鋅-溴半液流電池（鋅負極為金屬電極），水系液流電池的能量密度的記錄保持者為鋅-多碘液流電池(zinc-polyiodide, 167Wh/L)，而有機體系能量密度的記錄保持者為鋰-硫半固態液流電池(lithium-sulfur
semisolid)。其他體系就不展開講了。
我讀書少，還望大牛輕拍。以上。
引用：
Chen, H. et al. Progress in electrical
energy storage system: A critical review. Progress in Natural Science. Volume
19. pp. 291-312. doi:10.1016/j.pnsc.2008.07.014 (2009).
M. Skyllas-Kazacos et al. Progress in Flow
Battery Research and Development. Journal of The Electrochemical Society, 158
(8) R55-R79 (2011)
L, Su. et al. Recent Developments and
Trends in Redox Flow Batteries. Green Energy and Technology, 673-712. DOI
10.1007/978-3-319-15458-9_24 (2015)
中國風電棄風限電分析報告，China
Wind Power Center. 作者及年份未知。網址：
China Wind Power Center :: 中國風電棄風限電分析報告（圖）
Li, B. et al. Ambipolar zinc-polyiodide
electrolyte for a high-energy density aqueous redox flow battery. Nat. Commun.
6:6303. doi: 10.1038/ncomms7303 (2015).
Chen, H. et al. Sulphur-impregnated flow
cathode to enable high-energy-density lithium flow batteries. Nat. Commun.
6:5877. doi: 10.1038/ncomms6877 (2015).
先說結論，還只是資本市場捏造的「故事」。
不知道從什麼時候起，我A每天都有新電池出來。估計是沾鋰就有市值，所以只要沾邊的不管是在什麼開發階段，先找點外國材料翻譯一下，寫個研報就超一輪，這樣大股東才有機會減持。可現在這兩天菠菜扒完了石墨烯基鋰離子電池，毀節操的是今天又見釩系鋰離子動力電池，幾個小夥伴問我這是什麼東東。我的答案這是鶴頂紅。
這次拿釩系鋰離子動力電池出來吹的，是說有納米正極材料，其實就是偷換概念。這個比指著地上一堆黑乎乎的東西告訴大家是單層原子的石墨烯更不靠譜（你咋不指著一地的玻璃球子說是原子呢？）。
因為作為儲能設備，釩系電池在風電等大型儲能領域還是實驗階段，現在八字還沒一撇呢就敢就在我A上說是清潔環保。這種最大的危害是五氧化二釩是劇毒。
釩的化合物可以作為添加劑，放入現有的鋰電池裡，類似石墨烯的用途。而這種電池的釩含量是極低的，所以這種電池不能叫做「釩電池」。而且最重要的是釩的化合物有劇毒，沒人敢用，現在的工藝達不到低成本兼顧環保的；
傳說中有一種釩化鑭電池，理論上可以達到較高的能量密度，有點類似星球大戰里的能量棒，但鑭的化合物也是劇毒。這種電池還是理論階段，地球人還沒有人做出來，動畫片里外星人能做出來；
釩液流電池是可以用在儲能設備上，但並不是最佳性價比的選擇，在國內還是試用和開發階段，可以用在風能還光伏發電的儲能上。而這種儲能設備和作為動力電池用在小轎車上是風馬牛不相及的扯淡；
釩電池正極液中的五價釩離子在溫度高於45度的情況下易析出五氧化二釩沉澱，析出的沉澱堵塞流道，包覆碳氈纖維，惡化電堆性能，直至電堆報廢，而電堆在長時間運行過程中電解液溫度，很容易超過45度（有點類似鋰電的過度放電+天氣熱）；
石墨極板要被正極液刻蝕，如果用戶操作得當，石墨板能使用兩年，如果用戶操作不當，一次充電就能讓石墨板完全刻蝕，電堆只能報廢。在正常使用情況下，每隔兩個月就要由專業人士進行一次維護，這種高頻次的維護費錢、費力。
釩電池成本過高。以一個五千瓦電池為例，電解液（一立方，1.8mol/L）17萬、控制系統10萬、隔膜7萬、板框4萬、石墨板1.5萬、泵0.7萬、碳氈0.4萬，總共40.6萬，這只是主要材料成本，沒計入次要材料成本和人力成本。因此，一個五千瓦釩電池的成本在四十萬以上，高出相同規格鉛酸電池的成本數倍（你說怎麼商業化，怎麼能說性價比高？）。
釩電池（VRB）是一種新型清潔能源存儲裝置，經過美國、日本、澳大利亞等國家的應用驗證，與目前市場中的鉛酸蓄電池、鎳氫電池相比，具有大功率、長壽命、支持頻繁大電流充放電、綠色無污染等明顯技術優勢。
釩電池工作原理
釩電池（VRB）是一種新型清潔能源存儲裝置，經過美國、日本、澳大利亞等國家的應用驗證，與目前市場中的鉛酸蓄電池、鎳氫電池相比，具有大功率、長壽命、支持頻繁大電流充放電、綠色無污染等明顯技術優勢，主要應用於再生能源併網發電、城市電網儲能、遠程供電、UPS系統、海島應用等領域。
公開資料顯示，釩電池一次性充電後，續航能力可達1000公里，充電時間只需3分鐘—5分鐘，成本造價是目前24V鋰電池的40%，從續航、充電時間與成本上均被譽為「完美電池」。
與其它蓄能系統相比，全釩氧化還原液流電池的應用優點是：
1、電堆作為發生反應的場所與存放電解液的儲罐分開，從根本上克服了傳統電池的自放電現象。功率只取決於電堆大小，容量只取決於電解液儲量和濃度，設計非常靈活；當功率一定時，要增加儲能容量，只需要增大電解液儲罐容積或提高電解液體積或濃度即可，而不需改變電堆大小；可通過更換或添加充電狀態的電解液實現「瞬間充電」的目的。可用於建造千瓦級到百兆瓦級儲能電站，適應性很強。
2、充、放電性能好，可以進行大功率的充電和放電，也可以允許浮充和深度放電。對鉛酸蓄電池來說，放電電流越大，電池的壽命越短；放電深度越深，電池的壽命也越短。而釩電池放電深度即使達到100%，也不會對電池造成影響。而且釩電池不易發生短路，這就避免了因短路而引起的爆炸等安全問題。
3、可充放電次數極大，理論上壽命是無數次。充放電時間比為1：1，而鉛酸電池是4：1。而且釩電池充、放切換響應速度快，小於20毫秒，非常有利於均衡供電。
4、能量效率高，直流對直流能量效率可以達到80%以上，而鉛酸電池只有60%左右。釩電池組中的各個單位電池狀態基本一致，維護簡單方便。
5、選址自由度大，佔地少，系統可全自動封閉運行，不會產生酸霧，沒有酸腐蝕。電解液可反覆利用，無排放，維護簡單，操作成本低。是一種綠色環保儲能技術。因此對於可再生能源發電，釩電池是鉛酸電池理想的替代品。
釩電池（VRB，VanadiumRedoxFlowBattery）是當今世界上規模最大、技術最先進、最接近產業化的高效可逆燃料電池，具有功率大、容量大、效率高、成本低、壽命長、綠色環保等一系列獨特優點，在風力發電、光伏發電、電網調峰、分布電站、軍用蓄電、交通市政、通訊基站、UPS電源等廣闊領域有著極其良好的應用前景，在日本、加拿大、美國、澳大利亞、西歐等國家和地區已開始取代容量小、壽命短、污染大的鉛酸電池。
所說的釩電池是指全釩液流電池，還是使用釩正極的鋰離子電池。
釩液流電池的相對鋰電池的優勢主要有三：一、方便規模化。一套系統可以做到你家冰櫃那麼大，也可以做到你家小區變電站那麼大，電量夠你家用一天到一年不等，想怎麼設計就怎麼設計。二、使用壽命長。你也能用半個世紀。三、安全性較好。面對鋰離子電池忌諱的大電流和過充過放毫無壓力，而且根本不會起火爆炸。問題主要就是：能量密度低。別想著能用在手機上了，電動車也沒啥指望。不克服這個問題，未來不可能替代鋰電池。搞了三年釩電池，談談我個人的看法吧。
首先釩電池容量大不受電池體積及功率本身限制，這是相較於其他類似鋰電池類的優勢，因此可以廣泛應用於大型儲能兆瓦級應用國內外並不罕見。釩電池電解液濃度與體積直接影響了釩電池的容量。當然電池本身功率偏小就會造成充放電時間更長，這又是另一個話題了。
其次釩電池本身沒有重金屬污染，實際電解液起始狀態是在三四價，充電完成存在五價與二價，如果儲液罐包括電池本身沒有滲漏問題的話所謂的污染也就無從談起了（目前我們團隊已經尋找到了一種封裝方式，連續運轉四個月沒有一滴滲漏）
第三釩電池使用壽命很長，理論上與離子膜本身壽命有關，離子膜能用多久釩電池就能用多久。而容量損傷方面也和離子膜性能相關，目前行業類普遍認為杜邦膜是首選，融科做得也不錯，但是還只是停留在實驗室驗證階段。另一方面釩電池容量相關的電解液濃度可以通過平衡價態進行調整，這就不展開了。
第四釩電池可以適應風電光伏等變頻充放電，簡單說就是功率高了我就充功率低了我立馬就放，不會局限於傳統的恆流或恆功率。可以做到瞬時充放，反應迅速切換自如。對於企業的備用電池以及削峰填谷也是絕配。
手機碼字，說的有些混亂，以上幾點我認為是釩電池最大的幾個優勢了。當然釩電池本身材料的重要性以及對電池各項性能及壽命影響也是國內外各廠家與供應商們不斷探索的目標。一直關注鋰電池概念股
現在百度能找到的宣傳都很假……有沒行內或者比較認識深的人回答一下呢……
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