簡(jiǎn)單地說(shuō)，釩電池將存儲(chǔ)在電解液中的能量轉(zhuǎn)換為電能，這是通過(guò)兩個(gè)不同類型的、被一層隔膜隔開(kāi)的釩離子之間交換電子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電解液是由硫酸和釩混合而成的，酸性和傳統(tǒng)的鉛酸電池一樣。
由于這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)是可逆的，所以VRB電池既可以充電，也可以放電。充放電時(shí)隨著兩種釩離子濃度的變化，電能和化學(xué)能能相互轉(zhuǎn)換。 VRB電池由兩個(gè)電解液池和一層層的電池單元組成。電解液池用于盛兩種不同的電解液。每個(gè)電池單元由兩個(gè)“半單元”組成，中間夾著隔膜和用于收集電流的電極。兩個(gè)不同的“半單元”中盛放著不同離子形態(tài)的釩的電解液。每個(gè)電解液池配有一個(gè)泵，用于在封閉的管道中為每一個(gè)“半單元”輸送電解液。
當(dāng)帶電的電解液在一層層的電池單元中流動(dòng)時(shí)，電子就流動(dòng)到外部電路，這就是放電過(guò)程。當(dāng)從外部將電子輸送到電池內(nèi)部時(shí)，相反的過(guò)程就發(fā)生了，這就是給電池單元中的電解液充電，然后再由泵輸送回電解液池。
在 VRB中，電解液在多個(gè)電池單元間流動(dòng)，電壓是各單元電壓串聯(lián)形成的。標(biāo)稱電壓是1.2V。電流密度由電池單元內(nèi)電流收集極的表面積決定，但是電流的供應(yīng)取決于電解液在電池單元間的流動(dòng)，而不是電池層本身。VRB電池技術(shù)的一個(gè)最重要的特點(diǎn)是：峰值功率取決于電池層總的表面積，而電池的電量則取決于電解液的多少。在傳統(tǒng)的鉛酸和鎳福電池中，電極和電解液被放置到一塊，功率和能量強(qiáng)烈地依賴于極板面積和電解液的容量。但VRB電池不是這樣，它的電極和電解液不一定必須放到一塊，這就意味著能量的存放可以不受電池外殼的限制。從電力上來(lái)講，不同等級(jí)的能量可以為電池層中不同的電池單元或單元組中通過(guò)提供足夠的電解液來(lái)得到。給電池層充電和放電不一定需要相同的電壓。
例如，VRB電池可以用串聯(lián)電池層的電壓放電，而充電則可以在電池層的另一部分用不同的電壓進(jìn)行。
釩電池有主要優(yōu)點(diǎn)如下：
1.功率大：通過(guò)增加單片電池的數(shù)量和電極面積，即可增加釩電池的功率，目前美國(guó)商業(yè)化示范運(yùn)行的釩電池的功率已達(dá)6兆瓦。
2.容量大：通過(guò)任意增加電解液的體積，即可任意增加釩電池的電量，可達(dá)吉瓦時(shí)以上；通過(guò)提高電解液的濃度，即可成倍增加釩電池的電量。
3.效率高：由于釩電池的電極催化活性高，且正、負(fù)極活性物質(zhì)分別存儲(chǔ)在正、負(fù)極電解液儲(chǔ)槽中，避免了正、負(fù)極活性物質(zhì)的自放電消耗，釩電池的充放電能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)75％以上，遠(yuǎn)高于鉛酸電池的45％。
4.壽命長(zhǎng)：由于釩電池的正、負(fù)極活性物質(zhì)只分別存在于正、負(fù)極電解液中，充放電時(shí)無(wú)其它電池常有的物相變化，可深度放電而不損傷電池，電池使用壽命長(zhǎng)。目前加拿大VRBPowerSystems商業(yè)化示范運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的釩電池模塊已正常運(yùn)行超過(guò)9年，充放循環(huán)壽命超過(guò)18000次，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于固定型鉛酸電池的1000次。
5.響應(yīng)速度快：釩電池堆里充滿電解液可在瞬間啟動(dòng)，在運(yùn)行過(guò)程中充放電狀態(tài)切換只需要0.02秒，響應(yīng)速度1毫秒。
6.可瞬間充電：通過(guò)更換電解液可實(shí)現(xiàn)釩電池瞬間充電。
7.安全性高：釩電池?zé)o潛在的爆炸或著火危險(xiǎn)，即使將正、負(fù)極電解液混合也無(wú)危險(xiǎn)，只是電解液溫度略有升高。
8.成本低：除離子膜外，釩電池部件多為廉價(jià)的碳材料、工程塑料，材料來(lái)源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑，成本低。
9.釩電池選址自由度大，可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，無(wú)污染，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)營(yíng)成本低。
釩電池電堆的優(yōu)勢(shì)：
一、電堆作為發(fā)生反應(yīng)的場(chǎng)所與存放電解液的儲(chǔ)罐分開(kāi)，從根本上克服了傳統(tǒng)電池的自放電現(xiàn)象。功率只取決于電堆大小，容量只取決于電解液儲(chǔ)量和濃度，設(shè)計(jì)非常靈活；當(dāng)功率一定時(shí)，要增加儲(chǔ)能容量，只需要增大電解液儲(chǔ)罐容積或提高電解液體積或濃度即可，而不需改變電堆大?。豢赏ㄟ^(guò)更換或添加充電狀態(tài)的電解液實(shí)現(xiàn)“瞬間充電”的目的?？捎糜诮ㄔ烨呒?jí)到百兆瓦級(jí)儲(chǔ)能電站，適應(yīng)性很強(qiáng)。
二、充、放電性能好，可以進(jìn)行大功率的充電和放電，也可以允許浮充和深度放電。對(duì)鉛酸蓄電池來(lái)說(shuō)，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(dá)到100％，也不會(huì)對(duì)電池造成影響。而且釩電池不易發(fā)生短路，這就避免了因短路而引起的爆炸等安全問(wèn)題。
三、可充放電次數(shù)極大，理論上壽命是無(wú)數(shù)次。充放電時(shí)間比為1：1，而鉛酸電池是4：1。而且釩電池充、放切換響應(yīng)速度快，小于20毫秒，非常有利于均衡供電。
四、能量效率高，直流對(duì)直流能量效率可以達(dá)到80％以上，而鉛酸電池只有60％左右。釩電池組中的各個(gè)單位電池狀態(tài)基本一致，維護(hù)簡(jiǎn)單方便。
五、選址自由度大，占地少，系統(tǒng)可全自動(dòng)封閉運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生酸霧，沒(méi)有酸腐蝕。電解液可反復(fù)利用，無(wú)排放，維護(hù)簡(jiǎn)單，操作成本低。是一種綠色環(huán)保儲(chǔ)能技術(shù)。因此對(duì)于可再生能源發(fā)電，釩電池是鉛酸電池理想的替代品。
釩電池的發(fā)展前景:
釩電池是目前發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一（它的制造、使用及廢棄過(guò)程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)），它具有特殊的電池結(jié)構(gòu)，可深度大電流密度放電；充電迅速；比能量高；價(jià)格低廉；應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊：如可作為大廈、機(jī)場(chǎng)、程控交換站備用電源；可作為太陽(yáng)能等清潔發(fā)電系統(tǒng)的配套儲(chǔ)能裝置；為潛艇、遠(yuǎn)洋輪船提供電力以及用于電網(wǎng)調(diào)峰等。
釩電池成本與鉛酸電池相近，它還可制備兆瓦級(jí)電池組，大功率長(zhǎng)時(shí)間提供電能，因此釩電池在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有鋰離子電池、鎳氫電池不可比擬的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。釩電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格經(jīng)濟(jì)，電性能優(yōu)異，與制造復(fù)雜、價(jià)格昂貴的燃料電池相比，無(wú)論是在大規(guī)模儲(chǔ)能還是電動(dòng)汽車動(dòng)力電源的應(yīng)用前景方面，都更具競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。
釩電池是目前發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁的優(yōu)秀綠色環(huán)保蓄電池之一，與鉛蓄電池相比，它的制造、使用及廢棄過(guò)程均不產(chǎn)生有害物質(zhì)。與鋰電池相比，釩電池的生產(chǎn)成本更低，接近鉛蓄電池。而釩電池最大的優(yōu)點(diǎn)則是儲(chǔ)能效果好，可大功率長(zhǎng)時(shí)間提供電能，如果把釩電池的輸出功率比喻成一輛火車，那么鉛酸電池、鋰電池的輸出功率則分別是一輛卡車、小轎車。
我國(guó)是全球釩資源儲(chǔ)量大國(guó)，釩主要集中在四川，占全國(guó)儲(chǔ)量的62.2％。據(jù)了解，即將出臺(tái)的“十二五”釩鈦資源綜合利用及產(chǎn)業(yè)基地規(guī)劃將重點(diǎn)發(fā)展釩電池。目前釩電池技術(shù)基本成熟了，千瓦級(jí)的產(chǎn)品已經(jīng)在產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)階段。
據(jù)了解，釩電池在風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、電動(dòng)汽車等等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。券商初步估算，中國(guó)的釩電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)1.6萬(wàn)億元。
在日本核危機(jī)爆發(fā)后，世界各國(guó)對(duì)核電站的建設(shè)更加謹(jǐn)慎，我國(guó)暫停批準(zhǔn)新的核電站上馬，德國(guó)更是宣布在2022年前關(guān)閉所有的核電站。太陽(yáng)能和風(fēng)能等新能源再度成為人們關(guān)注的領(lǐng)域，而作為風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電最為優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)能設(shè)施，釩電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將正登上歷史舞臺(tái)，大戰(zhàn)拳腳。
據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，近幾年全球光伏組件的年均增長(zhǎng)率高達(dá)30％，光伏產(chǎn)業(yè)成為全球發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。最近，有消息指出2015年我國(guó)光伏發(fā)電裝機(jī)總量目標(biāo)為10吉瓦。僅從風(fēng)電市場(chǎng)的應(yīng)用來(lái)看，2020年我國(guó)風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量將達(dá)1.5億千瓦，按10％～20％的配套儲(chǔ)能計(jì)算，市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)數(shù)千億元。
電荒的蔓延倒逼著智能電網(wǎng)建設(shè)的推進(jìn)，其中儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用將得以快速發(fā)展。目前在智能電網(wǎng)中的示范性項(xiàng)目中，多項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)已獲應(yīng)用，包括鉛酸蓄電池、釩電池、鈉硫電池等。由于釩電池蓄能電站不受地理?xiàng)l件限制，選址自由，占地少，維護(hù)成本低?？梢灶A(yù)期，隨著釩電池技術(shù)的發(fā)展，釩電池蓄能電站將逐步取代抽水蓄能電站，在電網(wǎng)調(diào)峰中發(fā)揮重要的作用。
在電動(dòng)車領(lǐng)域，釩電池也有其自身優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，如果電動(dòng)汽車上使用新型釩電池，一次性充電3分鐘―5分鐘后，續(xù)航能力可達(dá)1000公里；而成本造價(jià)只有目前鋰電池的40％，體積和重量分別是鋰電池的1/25和1/10。
日前，海南省和波恩項(xiàng)目投資有限公司、德國(guó)TUG新傳動(dòng)技術(shù)有限公司簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，將引進(jìn)德國(guó)大眾汽車品牌與高效能釩動(dòng)力電池項(xiàng)目，在海南建設(shè)面向國(guó)際的電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)和釩動(dòng)力電池配套的生產(chǎn)基地。 據(jù)了解，釩電池充放電次數(shù)超過(guò)10萬(wàn)次，使用壽命達(dá)到10 年以上，釩電池可以幾乎無(wú)限制地多次充放電，不造成儲(chǔ)能材料的衰減，可以說(shuō)是沒(méi)有壽命限制。因?yàn)榫哂袩o(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，釩電池將在風(fēng)電、光伏發(fā)電、電網(wǎng)調(diào)峰、電動(dòng)汽車等多領(lǐng)域應(yīng)用中“領(lǐng)跑”電池家族。
