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安全可靠的儲能電池─全釩液流電池

2015/11/05 經濟部能源局 點閱人次: 1177

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撰文、圖片提供/郎若帆(台灣經濟研究院 副研究員)

隨著再生能源產業和電動汽車的發展,儲能技術受到各國高度重視,而為了有效運用如太陽能、風能等永續能源,勢必需要有效的儲能系統搭配;要發展行動電源、提升電動汽車的使用率,也需要高功率和高能量密度的電池。

目前,國際間主要的化學儲能技術包括鈉硫電池、鋰電池、液流電池、鉛酸電池、磷酸鋰鐵電池等。但由於鋰電池、鎳氫電池等皆因性能及安全性問題,不適用於大規模的儲能蓄電技術。因此,在大規模的儲能設備中仍以鉛酸電池及液流電池為主。其中,以化學能方式儲存能量的「液流電池」(flow battery)相較於其他儲能裝置,更因其可快速充放電、裝置安全、循環壽命長、結構簡單、電池設計靈活及無污染、使用安全等優點成為全球儲能技術的研究重點。

全釩氧化還原液流電池(Vanadium Redox Battery,VRB),是一種基於金屬釩元素的氧化還原可再生電池儲能系統。釩電池電能以化學能的方式存儲在不同價態釩離子的硫酸電解液中,通過外接泵把電解液壓入電池堆體內,在機械動力作用下使其在不同的儲液槽和半電池的閉合迴路中循環流動,採用質子交換膜作為電池組的隔膜,電解質溶液平行流過電極表面並發生電化學反應,通過雙電極板收集和傳導電流,從而使得儲存在溶液中的化學能轉換成電能,反應後溶液又回到儲液槽,由此不斷地完成充放電過程。若將許多單一釩液流電池串聯便可組裝成高電壓、高儲電量的釩液流電池組。

釩液流電池進行充電時,由外部電源獲得電能,使正極端四價釩離子氧化成五價;負極端是從三價釩離子還原至二價,放電時化學反應恰恰相反,藉由釩離子濃度的變化,電能和化學能的相互轉換,使其達成儲存/釋放電能的過程。若與太陽光電、風力發電等需要調節尖離峰且高效率儲存電能的再生能源搭配,則有助於提升再生能源對電力供應的穩定性。

釩液流電池因其獨特優點,使其在許多領域有著廣泛應用,例如在離島、偏遠地區等建設常規電站或架設輸電網路往往造價高昂,若使用釩電池搭配太陽能、風能等發電裝置,可保障這些地區擁有穩定的電力供應。

全釩液流電池具有促進區域型再生能源供電系統建立及整合,提升再生能源供電穩定度,減少長途電力輸配之能源損失之優點,再加上其具有低成本、高效能、高穩定度及易大型化之優異特性,將是各國儲能電池發展的重心。


關鍵字:儲能技術,再生能源供電系統,液流電池

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