现代社会是一时一刻也离不了电,那怎么样才能时刻保持电力的供应呢?就是提前将电能储存起来,而这就要用到电池。
当然,这里所说的电池并不是我们日常使用的那种小电池,而是能够将数十万度电储存起来的大型电池,比如大连正在建设的全钒液流电池就是是这样一种超级电池。这个正在建设中的超级电池一旦全部完工,可以在4个小时之内完成80万度电的存储,也就是说足够40万户居民使用一天,目前该项目的一期工程已经完成并网调试,当前便可以实现40万度电的存储。
那么这个超级电池为何储电如此迅速、容量如此之大呢?到底什么是全钒液流电池呢?
全钒液流电池,顾名思义,主角就是钒。钒在元素周期表中排名第23位,是一种熔点很高的金属,它的熔点达到了1890℃,沸点更是高达3380℃,这种金属的耐腐蚀性很好,比不锈钢还要好,但这些都不是最重要的,最重要的是钒拥有四种常见的化合价,这是它能够成为电池的关键所在。为什么这么说呢?其实所有电池的本质原理都是相同的,那就是利用电位差来实现放电,而不同价态的钒离子之间就存在着电位差。
不知道什么是价态?也不知道什么是电位差?没关系,我们尝试用一种不需要任何物理知识也可以理解的方式来说明这个问题。
我们身边的各种化合物都是由各种元素所构成的,比如二氧化碳就是由两个氧和一个碳所构成的,当两种不同的元素结合成一种化合物后,会有一方失去电子,而另一方获得电子,比如在二氧化碳中就是碳失去电子,而失去电子的一方价态就是正价,比如碳失去了4个电子,那么它在二氧化碳中就是正四价。
我们前面已经说过了,钒有四种常见的化合价,即正五价、正四价、正三价和正二价,而不同价态的钒粒子之间就存在着电位差。
有了电位差,就有了成为电池的潜力,大连新建的全钒液流电池中所使用的就是两种钒离子溶液,即正五价钒离子溶液和正二价钒离子溶液。离子拥有一种特性,就是渴望获得电子的特性,而且失去的电子越多,这种渴望就越强烈。五价钒离子和二价钒离子都失去了电子,但失去了5个电子的五价钒离子显然更渴望获得电子。
处于对电子强烈的渴望,当两种钒离子容易通过外电路接通之后,五价钒离子就开始抢夺二价钒离子的电子。
于是,二价钒离子溶液中的电子源源不断通过外电路向五价钒离子溶液中流动,电流就产生了,最终,五价钒离子全都得到了一个电子,变为了四价钒离子,而二价钒离子全部失去了一个电子,变为了三价钒离子,现在大家终于差不多了,电子的抢夺和丢失也就是终止了,电池也就没电了。
电池没电了就要充电,也就是要设法再将四价钒离子中的一个电子还给三价钒离子。
四价钒离子已经失去了四个电子,本身渴望继续获得电子,怎么还会再吐出一个电子呢?这就好比一块已经挤得很干的海绵,如果想要再挤出水来,就需要一个力气更大的人,也就是为其输入能量。当全钒液流电池开始充电时,在电场力的作用下,四价钒离子不得已将一个电子吐出来还给三价钒离子,于是四价钒离子又变成了五价钒离子,三价钒离子则变回了二价钒离子,当这种变化全部完成后,电池也就充满电了。