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把風能存進“銀行” 可儲存更多能量的液流電池

　　位于澳大利亞巴斯海峽西部的金島，有著跟其他海島別無二致的漫長沙灘和險峻巖石，不過這里卻設立了一個全世界獨一無二的銀行———“風能自助銀行”。通過矗立在金島西海岸邊兩個巨大的金屬罐，海風高漲時多余的風將被儲存起來，待到風平浪靜時再取出用于發電。

　　金島的電力體系沒有與澳大利亞國家電網相連，因此長期以來只能依靠一個小型風力發電場以及柴油發電機組來滿足島上的電力需求。2003年，當地一家電力公司的“風能銀行”正式“開張”，島上的供電情況因此大為改觀，柴油發電機組的燃料消耗量減少了一半，不僅節省了成本，每年還削減了至少2000噸二氧化碳排放。

　　這個“風能銀行”其實就是一個巨大的蓄電池。但與常見的將電能以化學能的方式儲存在內的鉛酸蓄電池不同，這種被稱為液流電池的蓄電系統使用了兩種不同的電解液，通過同種元素不同價態的離子間相互轉化來實現電能的儲存與釋放，儲能容量增大的同時，成本卻降低了。

　　安裝在金島上的液流電池的原型最早是由悉尼新南威爾士大學的化學工程師馬莉亞•斯凱拉斯-卡扎科斯開發的。為了避免電池正負極間不同種類物質相互滲透，她選擇了同一種物質———金屬釩的電解液，這樣就保證了電池的蓄能壽命和性能。金屬釩可以以4種不同的價態存在，從帶2個正電荷的釩離子到帶5個正電荷的釩離子。斯凱拉斯-卡扎科斯在實驗中發現，將五氧化二釩置于稀釋過的硫酸溶液，在得到的硫酸鹽溶液中，含有幾乎相等數目的帶3個正電荷的釩離子和帶4個正電荷的釩離子。當將溶液注入到液流電池中并從外部接通電源時，處于電池正極的釩離子都變成帶5個正電荷，而處于電池負極的釩離子則都帶2個正電荷；關掉外部電源后，負極的釩離子同時流向正極，從而在液流電池內部產生電流。

　　經過十余年的發展完善后，斯凱拉斯-卡扎科斯將全釩液流電池技術授權給了總部位于墨爾本的Pinnacle全釩液流電池公司，并由該公司在金島安裝了這套設備，充分利用風能“削峰填谷”以滿足用電需求。與蓄電池正負極相連的儲存罐中共裝有大約7萬升電解液，一旦有用電需求，電解液將通過泵機輸進蓄電池的反應室內，中間用薄的離子膜將二者分隔開，處于負極的釩離子通過離子膜向正極流動，電流隨之產生。這套設備一次可持續工作2小時，發電量達到400千瓦，金島的風電使用量也從過去的12%提高到了40%。

　　類似的小型全釩液流電池也已在日本得到應用，很多工廠將之作為備用電源。在美國猶他州西南部的城堡谷，一座發電量為2兆瓦時的儲能系統已于2004年竣工，當地的電力公司無需擴容電力線，就能充分滿足高峰時期的用電需求。冰島多尼戈爾的一個風電場也于去年同溫哥華VRB電力設備公司簽署了一份價值630萬美元的合同，計劃建造一座發電量達到12兆瓦時的儲能系統。VRB電力設備公司的新生產線每年可以生產2500個5千瓦全釩液流電池，最新出廠的液流電池目前正由加拿大國家研究委員會以及北美最大的移動電話公司使用并進行評估。

　　由于全釩液流電池可以保持連續穩定、安全可靠的電力輸出，除了能夠解決規模化利用風能、太陽能發電過程中的重大儲能技術問題外，還可以取代傳統蓄電池在很多領域得到廣泛應用。不過，研究人員也面臨著很多技術挑戰，比如怎樣延長離子滲透膜的壽命以保證電池的使用效果等。另外，由于硫酸釩溶液的濃度不夠，全釩液流電池儲能容量只有同等體積的鉛酸蓄電池儲能容量的一半，不適合在對于電池的體積和重量有限制的電動汽車上使用。因此，斯凱拉斯-卡扎科斯及其同事考慮用溶解度更高的溴化釩來取代硫酸釩，并希望能在2008年完成相關研究。

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編輯：news
  來源：科技日報

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