大连建成了一个“超级电池”,一期工程现已进入并网调试最后阶段,预计10月中旬正式投入使用。目前一次可存入40万度电,可供20万居民使用一天。待工程全部完工后,4小时内可存入80万度电。
这个“超级电池”可不是由大量锂电池堆积而成的,它是另一种电池——全钒液流电池,简称钒电池。今天,咱们就来好好说说它是怎么充放电的。
三张图认识钒
钒元素大家比较陌生,但在元素周期表上,它与大家熟知的钛元素是邻居,距离铁元素也不是那么远,中间只隔着两个小区。
钒在元素周期表中的位置
钒的原子序数为23,符号为V,是一种坚硬、银灰色、有延展性的过渡金属。
纯度为99.95%钒方棒
“灰头土脸”的纯钒并不好看,但它各种价态的溶液却是十分艳丽。
不同价态的钒溶液
价态是关键
关于钒的各种价态,我们必须展开讲讲。
化合物中,失去电子的一方,或者说给出电子的一方为正价,而获得电子的则为负价。
例如二氧化碳CO2,碳因为失去了4个电子,所以其价态为正4价,写作C4 。再如一氧化碳CO,此时的碳只给出了2个电子,所以其价态为正2价,写作C2 。
之所以要说价态,是因为不同价态的钒离子之间存在的电位差是其能作为电池的原因。举个例子,正2价钒离子和正5价钒离子,它们的电位差为1.259伏。而我们常见的5号电池,其正极和负极之间的电位差也通常不过为1.5V或者1.2V。
存在着电位差,就存在着化学能。正如存在着高度差,就存在着重力势能。
比如说,上下两个水库,高度差为1259米,此时你第一个想到的是什么呢?必然是能量的可释放以及可存储,这就是抽水蓄能电站。
化学能和重力势能,名字不一样,但它们蕴含的能量经过转化后,本质上并无不同。
因此,当两大桶溶液存在电位差时,两者就可以经过转化释放其中的能量,这就构成了电池。此时,两桶溶液分别就是电池的正极和负极。
钒电池是咋放电的?
为便于大家形象地理解钒电池的放电原理,可以想象这样一个画面:
在一个垂直悬崖上,一上一下挂着两大桶溶液,分别是5价钒离子溶液和2价钒离子溶液。