全钒液流电池是一种正极和负极均采用循环流动的钒溶液作为储能介质的可以实现充电和放电的电池，通过充电和放电实现电能和化学能的相互转化，进而实现电能的储存和释放。
全钒液流电池的外形与一般的锂离子电池和铅碳电池不同，而是分别由电堆（或单电池）、正极储罐（储存有正极电解液）、负极储罐（储存有负极电解液）、循环泵以及管理系统构成，其中电堆由多个单电池串联而成，每个单电池包括正极、负极、隔膜、正/负极双极板等材料。
多个全钒液流电堆可以构成一个储能模块，多个储能模块可以构成一个储能系统或储能电站（图1~图3）。
全钒液流电池的电极反应如下：
（1）充电过程中，正极电解液中的四价钒离子氧化成五价钒离子，并失去一个电子，产生两个氢离子；负极电解液中三价钒离子得到一个电子还原为二价的钒离子，并消耗一个氢离子。
（2）放电过程中，正极电解液中的五价钒离子得到一个电子还原为四价钒离子，同时消耗两个氢离子；负极电解液中二价钒离子失去一个电子被氧化为三价钒离子，同时产生一个氢离子。
由以上过程可以看出，电池在充电过程中，氢离子从正极向负极迁移，放电过程则相反；电池内部的电化学反应在内部表现为氢离子的迁移，则在外电路中产生电流。
全钒液流电池优缺点
优点
（1）本质安全。其为“水相电池”，储能介质为电解质水溶液，常温、常压下封闭运行，无起火爆炸危险，且储能系统整体可靠性高。
（2）使用寿命长。充放电循环次数可达2万次以上，使用寿命超过15年。
（3）效率高。目前DC80%左右。
（4）资源可持续。钒作为电池活性物质使用，总量无损失，可再生反复使用，被称为“能源银行”，我国的钒资源丰富。
（5）系统残值高。生命周期内物质损失少、残值高，仅电解液一项残值通常达到70%，电堆材料可回收再生。
（6）环境友好。无排放，不污染环境，电池系统主要由碳材料、塑料、金属材料组装而成，易回收，有些金属材料可持续使用，碳材料、塑料可以作为燃料来加以利用，液流电解液和固体电池电堆分开回收。
（7）可靠性高。可频繁100%DOD（Depth of Discharge，深度放电），具有2倍以上的过载能力。
（8）系统配置灵活性强。功率模块和能量模块定制化设计，功率与容量独立配置，“量体裁衣”。
（9）系统设计全模块化。由多个单电池叠合而成，与其他类型的电池相比，电堆和电池单元储能系统模块额定输出功率大，易于系统集成和规模放大。
（10）启动速度和响应特性好。室温条件运行，充放电过程无相变化，所以启动速度快，充放电状态切换响应迅速。
（11）与主要应用场景匹配性好。单个循环超过4h，适合大规模储能，寿命与新能源、电网主要硬件寿命相当，适合同期建设及一体化配置和运行。
缺点：
（1）钒液流电池的质量和体积庞大，因此其比能量和比功率远低于其他电池系统，导致其不适用于电动汽车等场景。
（2）与锂电池相比，钒液流电池最大的劣势是成本，主要来自电解液和电堆，降低两者成本是业内共识。
（3）钒液流电池对环境温度的要求苛刻，正极电解液中的五价钒在高温下（高于 45℃）易析出沉淀、堵塞流道，在低温下（低于电解液的冰点）电解液凝固，因此一般的运行温度都要求在0~45℃之间，限制了钒液流电池的应用。
钒液流电池全生命周期成本分析
由于全钒液流电池的电解液可再生循环使用，因此其残值很高。
同样以储能时长为4小时的钒液流电池储能系统为例，其中废金属的残值估值为300元/kW，折合为75元/kWh，电解液残值约为原有的70%即1050元/kWh，合计残值为1125元/kWh，实际成本为1875元/kWh。
而对于储能时长为10小时的系统来说，废金属残值折合为30元/kWh，合计残值为1080元/kWh，实际成本仅为1020元/kWh。
因此，对于全钒液流电池储能系统来说，储能时间越长，其全生命周期成本越低。
储能时长分别为4小时和10小时的全钒液流电池储能系统生命周期成本估算。
测算：真实成本是1875元/kWh
测算：真实成本是1024元/kWh
钒液流电池是大规模长时储能最具前景的发展方向之一，适合长时间、大规模的储能形式主要包括抽水蓄能、压缩空气储能和钒液流电池三类。
原文始发于微信公众号（艾邦液流电池网）：一文带你了解全钒液流电池！
