钒电池发展现状

太阳电池及其研究现状、展望

太阳电池及其研究现状、展望

摘 要

随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的重视。由于不可再生能源的减少和环境污染的双重压力，使得光伏产业迅猛发展；太阳电池的发展也日新月异。本文主要叙述了现阶段多晶硅太阳电池、单晶硅太阳电池、薄膜太阳电池、GaAs太阳电池及燃料敏化学电池的现状研究及发展趋势，以及对未来太阳电池发展方向的预测，认为今后太阳电池发展趋势为层叠太阳电池。

关键词：多晶太阳电池；单晶硅太阳电池；薄膜太阳电池；GaAs太阳电池；层叠太阳电池

太阳电池及其研究现状、展望

Solar cell and its current situation of research and

outlook

Abstract

With the development of modern industry, the global energy crisis and

atmospheric pollution problem increasingly, solar energy as the ideal renewable

energy by many national attention. Due to energy reduction and environmental

pollution, make double pressures of photovoltaic industry rapid development; Solar

cell development also changing. This paper mainly describes the present

polycrystalline silicon solar battery, monocrystalline silicon solar battery, thin film

钒电池的发展历程及工作原理

钒电池全称为全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery，缩写为VRB)，1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kazacos提出。钒电池用不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质，通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应，反应后溶液又回到储液槽，活性物质不断循环流动，由此完成充放电。

其反应式如下：

负极反应: V2+-e- V3+

正极反应: VO2++2H++e- VO2++H2O

在机械动力作用下，电解液在储液罐和半电池的闭合回路中进行循环流动，从而使得储存在溶液中的化学能转换成电能。

钒电池的基本工作原理示意图

钒电池的主要特性：

·充放电次数可达10,000次（20年）以上

·功率与容量分开，高达兆瓦级输出功率

·绿色环保无污染，电池可完全回收 ·放电深度高达80%以上

·充放电时间比为1：1

·支持过冲过放

·电池免维护

1996年日本的住友电工（SEI）12月建成450KW级钒电池电堆，实验数据表明电池循环性能很好，530次循环电池能量效率均值为82.3 %。

2003年11月澳大利亚Pinnacle VRB Ltd建成系统容量为800 KWh，输出功率200 KW。VRB-ESS的使用除了提高King Island岛上居民区的电能供应功率水平、稳定风力发电系统供电外，还减少了柴油机发电，因而减少了燃料费用及向环境中排放的废气量。

2004年2月，VRB Power Systems为Pacific Corp公司（Castle

Valley，Utah）建造的大型VRB-ESS正式竣工。该系统储能容量2MWh、输出功率250KW，是北美地区第一座大型商业化VRB储能系统，主要用于满足美国犹他州东南部偏远地区用电高峰时的电力需求，即起削峰填谷作用。

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太阳能电池发展现状及趋势

作者：袁英

来源：《智富时代》2015年第03期

【摘 要】为了降低太阳能级多晶硅生产成本，从而降低太阳能电池制造成本，促进太阳能光伏产业的发展。鉴于此，在查阅大量文献的基础上首先综述太阳能电池的种类，然后就其研究现状、存在的问题、解决的途径以发展趋势等做了一些分析，完善太阳能电池的相关研究。

【关键词】新型薄膜；超高级；聚合物多层修饰电极型；纳米晶化学

太阳能发电是一项高新技术，以太阳能为资源基础的生产将是一种可持续的发展模式。全球太阳能产品的年销售额达14亿美元，其中12亿美元来自太阳能电池的销售。

制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池；化合物太阳能电池，如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等；功能高分子材料制备的太阳能电池；纳米晶太阳能电池等。不论以何种材料来制作电池，对太阳能电池材料一般的要求有：半导体材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率：材料本身对环境不造成污染；材料便于工业化生产且材料性能稳定。基于以上几个方面考虑，硅是最理想的太阳能电池材料，这也是目前在太阳能电池领域硅太阳能电池占主导地位的主要原因。

一、有关高效率，低成本晶体硅太阳能电池开发

硅太阳能电池可分为晶体硅太阳能电池和薄膜硅太阳能电池，晶体硅太阳能电池主要是指单晶硅和多晶硅太阳能电池。规模化生产中，单晶硅太阳能电池具有转换效率最高、技术最为成熟、可靠性高等优点。

多晶硅太阳能电池的制作工艺与单晶硅太阳能电池相近，但是从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要低得多。多晶硅太阳能电池的光电转化效率相比单晶硅太阳能电池要低。我国尚德太阳能电力将开始量产转换效率18.8%的单晶硅型、17.2%的多晶硅型太阳能电池单元。

钒电池关键技术与研发方向

一、钒电池简介

针对全球的发展趋势与战略部署，科研人员重点研发高效利用可再生资源，逐步取代高碳排放的传统资源。但是，可再生能源具有波动性、间歇性，受地域环境天气影响较大，使得其不能被完全利用，存在效率低、实际应用不理想等问题，因此需要与储能系统配合应用。储能系统和绿色能源，如扬水储能、锂离子电池、铅酸电池和液流电池等，在偏远地区和特殊环境已有几十年的应用经验。为了更科学合理地创造能源、应对环境天气的不确定因素、高效利用自然地理条件下的能源（太阳能、风能、水能等），目前已发展出多元、大规模、联合储能模式，例如在大型并网储能应用中的扬水储能、压缩空气储能和氧化还原液流电池储能等。

与其他储能技术相比，氧化还原液流电池储能具有明显的优点：（1）容量、功率灵活可控，调整操作简单。液流电池一般外置储液罐，将电堆与电解液分隔开来，其容量可以通过电解液的储量和浓度调控，其功率取决于电堆的大小和连接数量。（2）液流电池的活性物质一般存在于电解液中，活性物质在液相中完成价态的转化，没有常见的固相转变与形貌变化，利于延长循环寿命、保持能量、降低损失。（3）液流电池具有可深度放电的特性，应用广泛，系统封闭，运行无污染，且液流电池的材料易于回收、处理，方便进行再生和其他资源的提取与利用。全钒氧化还原液流电池（又称全钒液流电池）具备以上所有优势。由于中国具有钒资源矿产优势，近年来钒电池相关研究在中国发展迅速，已开始实现商业化应用。

钒电池工作原理如下：

钒电池是通过不同价态钒离子之间的相互转换来实现电能存储与释放的。钒电池的电解液是不同价态钒离子与硫酸的混合液，正极电解液为V4+/V5+硫酸电解液，负极为V2+/V3+硫酸电解液。电解液储存在外接储液罐中，通过外界泵将电解液打入对应的半电池，使电解液在储液罐与半电池间形成循环，两个半电池通过离子交换膜分开，防止正负极电解液交叉污染。钒电池工作原理如下图所示，充电完成后正极电解液变为V5+硫酸溶液，负极变为V2+硫酸溶液；放电完成后，正极电解液变为V4+硫酸溶液，负极变为V3+硫酸溶液。由此将电能以化学能的形式存储于不同价态钒离子之中，从而实现了电能与化学能的相互转化。