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近日，QEM Limited總經(jīng)理 Gavin Loyden向新南威爾士大學(xué)的 Maria Skyllas-Kazacos教授就全釩液流電池的發(fā)明過程和技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了專訪，以下是專訪全部譯文。

GavinLoyden：今天，我非常榮幸地與MariaSkyllas-Kazacos教授進(jìn)行討論，這位女士于80年代在澳大利亞新南威爾士大學(xué)發(fā)明了第一個(gè)全釩氧化還原液流電池?，旣悂啽皇谟璋拇罄麃唲渍鲁蓡T，以表彰其對(duì)科學(xué)和技術(shù)的貢獻(xiàn)，特別是在開發(fā)這種釩氧化還原液流電池作為替代電源的領(lǐng)域。所以，非常感謝你加入，瑪麗亞。很高興見到你，我感到非常榮幸和高興。也許您想向我們介紹一下您多年來開發(fā)的VRB系統(tǒng)，以及您對(duì)未來發(fā)展的看法。

MariaSkyllas-Kazacos教授：嗯，早在1980年代中期，當(dāng)我們看到NASA在液流電池上所做的工作時(shí)，我們就開始研究釩電池。但他們當(dāng)時(shí)是正在研究鐵鉻系統(tǒng)。很快，我們看到鐵鉻出現(xiàn)了問題......，首先，液流電池就像電池，但它也像燃料電池。它包括兩種解決方案，它們包含相同或兩個(gè)具有不同潛力的不同元素。當(dāng)你通過一個(gè)像引擎一樣的電池堆傳遞這些溶液時(shí)，電子從一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)。但是兩者之間有一層膜，將兩種解決方案分開。但是，如果你在正極和負(fù)極的溶液中有兩種不同類型的元素，膜就不能將它們永遠(yuǎn)分開。

所以，最終他們交叉混合。這就是鐵鉻電池的問題，這種交叉污染。因此，我們意識(shí)到克服這一點(diǎn)的唯一方法是在兩側(cè)半電池中使用相同的元素。所以，我當(dāng)時(shí)的一位同事一直在研究提取釩和加工釩的過程。所以他說，"哦，釩有很多氧化價(jià)態(tài)。我們還看了元素周期表，然后說，"好吧，我們開始測(cè)試它。所以，我有一個(gè)學(xué)生當(dāng)時(shí)和我一起工作，我們測(cè)試只是為了檢查它是否足夠可溶，這是關(guān)鍵的事情之一，它必須是可溶的，充分可溶的，以提供你需要的能量密度。它必須具有合適的電位差，才能為您提供所需的電壓。

因此，經(jīng)過幾次實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)在兩個(gè)半電池中實(shí)際使用釩是可行的。我想，這幾乎是一個(gè)開始了40年的研究項(xiàng)目——一個(gè)關(guān)于全釩氧化還原液流電池開發(fā)的35年項(xiàng)目計(jì)劃，早在1990年代，這有點(diǎn)像......事實(shí)上，甚至做了一些現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和演示。我們與泰國(guó)的一家授權(quán)許可公司合作，在泰國(guó)的一家太陽能房屋中安裝了釩電池。然后，我們向三菱化學(xué)和鹿島北電力公司頒發(fā)了許可證。他們對(duì)釩電池很感興趣，因?yàn)樗麄冊(cè)谒麄兊陌l(fā)電站，使用的是來自委內(nèi)瑞拉的奧里重油。奧里重油中含有高含量的釩。因此，他們正在尋找處理和使用釩廢棄物的方法。他們認(rèn)為這將是一個(gè)完美的匹配，他們從發(fā)電站的煙灰廢棄物中提取釩，并用它來生產(chǎn)電解質(zhì)。

然后，經(jīng)過和我們一起工作了幾年，他們以前一直在研究鐵鉻電池，后來他們切換過來，他們?cè)诎l(fā)電站安裝了第一個(gè)400千瓦時(shí)的釩電池。然后我們還把釩電池放進(jìn)了電動(dòng)高爾夫球車?yán)?。所以，我們?cè)?990年代做了很多項(xiàng)目。然后把專利賣給了當(dāng)時(shí)的Pinnacle。在那之后，當(dāng)專利實(shí)際上到期時(shí)，許多其他公司也開始進(jìn)入釩電池。

GavinLoyden：您如何看待釩電池與鋰電池？無論是在能量密度場(chǎng)景中，還是在壽命和安全性方面？

MariaSkyllas-Kazacos教授：鋰電池的能量密度比任何其他電池都要大得多，這就是為什么它們被用于電動(dòng)汽車

的原因。但鋰電池的一個(gè)問題是它們確實(shí)存在嚴(yán)重的安全問題。最近，一些大型儲(chǔ)能系統(tǒng)發(fā)生了不少火災(zāi)。而液流電池和釩電池都是基于水溶液，它們沒有任何易燃溶劑。因此，比鋰電池安全得多。我認(rèn)為這是一些人需要注意的重要領(lǐng)域，特別是對(duì)于非常大的兆瓦級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

GavinLoyden：是的。這似乎是他們最適合的地方，對(duì)吧，無論是在大規(guī)模電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能還是大規(guī)模離網(wǎng)解決方案中？

MariaSkyllas-Kazacos教授：是的。特別是對(duì)于可再生能源存儲(chǔ)，您需要能夠存儲(chǔ)四，五，六，八個(gè)小時(shí)的能量，以便您可以使用它，例如，將其與太陽能一起使用，然后在夜間您可以切換到存儲(chǔ)在電池中的能量。對(duì)于風(fēng)能也是如此，當(dāng)風(fēng)不吹時(shí)，那么你至少可以有六，七，八，十個(gè)小時(shí)的儲(chǔ)存能量。這就是液流電池非常重要的地方。因?yàn)槟芰看鎯?chǔ)在溶液中，所以你可以獨(dú)立地改變儲(chǔ)能容量，能量與功率的比值，你只需通過調(diào)整溶液的體積來調(diào)整它。這意味著，特別是，一旦你開始想要超過四個(gè)小時(shí)的存儲(chǔ)時(shí)間，你所需要做的只是添加額外的解決方案而不是額外的電池，每千瓦時(shí)的成本就會(huì)急劇下降。因此，即使鋰電池在小時(shí)應(yīng)用中的每千瓦時(shí)可能更便宜，最多兩到三個(gè)小時(shí)，但是一旦你超過四個(gè)小時(shí)，那么釩電池的成本就會(huì)便宜得多。

GavinLoyden：我的理解是，釩電池不會(huì)像其他電池系統(tǒng)，特別是固態(tài)電池系統(tǒng)那樣，在充電和充電過程中會(huì)同樣出現(xiàn)衰減，釩電池可以將這種能量?jī)?chǔ)存相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間。這樣理解對(duì)嗎？

MariaSkyllas-Kazacos教授：是的。全釩液流電池已經(jīng)被證明會(huì)實(shí)現(xiàn)數(shù)十萬次循環(huán)。例如，住友電工在2005年左右進(jìn)行了一次實(shí)地試驗(yàn)，在他們進(jìn)行試驗(yàn)的三年時(shí)間里，電池經(jīng)歷了超過20萬次循環(huán)，而性能沒有任何下降。電解質(zhì)不會(huì)變質(zhì)。因此，即使在20年，30年，40年后，如果你完成了一個(gè)項(xiàng)目，你可以將電解質(zhì)放入不同的項(xiàng)目或應(yīng)用程序中。這也帶來了這樣一種可能性，即很多人實(shí)際上可能只是租賃電解質(zhì)，而不是將電解質(zhì)作為前期投入成本出售給用戶，因?yàn)殡娊赓|(zhì)不會(huì)變質(zhì)。因此，已經(jīng)有幾家公司開始合作，提供電解質(zhì)的租賃安排。這使得前期投入成本甚至低于其他方式。此外，您還可以將前期投入成本轉(zhuǎn)換為運(yùn)營(yíng)成本，這是非常有利的。

GavinLoyden：在釩電池的生命周期中，沒有更換問題。這不像其他一些競(jìng)爭(zhēng)性電池化學(xué)品，它們的壽命有限，然后它們還有一個(gè)處置問題，而釩的情況卻并不這樣。

MariaSkyllas-Kazacos教授：是的，沒錯(cuò)。電解質(zhì)，因?yàn)樗粫?huì)變質(zhì)，所以你不需要處理它。你只是賣掉它，或者你甚至可以提取釩，然后將其出售，甚至用于不同的應(yīng)用，因?yàn)殁C總是保持其價(jià)值。當(dāng)然，多年以后，電池的部分組件會(huì)老化，您可能需要在這里或那里更換泵，或者有時(shí)可能更換單個(gè)電堆，但這只是您使用任何電池都會(huì)面臨的問題，而釩電池的維護(hù)成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低得多。

GavinLoyden：這是一個(gè)了不起的元素，可以應(yīng)用于許多領(lǐng)域。但顯而易見的是，釩電池對(duì)于澳大利亞和世界來說，是一個(gè)非常重要的領(lǐng)域，而且對(duì)于我們尋求全球碳減排的世界來說，這是一個(gè)非常及時(shí)的解決方案。那么，目前釩電池系統(tǒng)的釩來自哪里，您認(rèn)為未來的釩將在哪里？

MariaSkyllas-Kazacos教授：很明顯，這是我們過去10年來的主要擔(dān)憂，因?yàn)槭澜绺鞯厣a(chǎn)的大部分釩實(shí)際上都是針對(duì)鋼鐵行業(yè)的。生產(chǎn)能力并不比鋼鐵行業(yè)的需求大多少。因此，隨著對(duì)全釩液流電池的需求不斷增長(zhǎng)，那么出現(xiàn)了需求大于供應(yīng)的情況，特別是當(dāng)中國(guó)經(jīng)歷了非常快速的擴(kuò)張和建設(shè)時(shí)，這就造成了釩價(jià)格的不穩(wěn)定。這一直是許多想要投資和使用釩電池的人所關(guān)注的問題。所以，這就是為什么多年來，我一直在努力幫助宣傳釩電池的重要性以及提高釩生產(chǎn)能力的重要性。因?yàn)橐坏┪覀冮_始生產(chǎn)更多的釩，那么供應(yīng)就會(huì)變得穩(wěn)定，成本和價(jià)格也會(huì)穩(wěn)定下來。所以，這就是為什么我渴望看到更多的釩生產(chǎn)，特別是在澳大利亞。因?yàn)槲业囊馑际?，這是我們發(fā)明釩電池的地方，這也是我們希望一些回報(bào)可以回饋社區(qū)的地方，因?yàn)樗麄冎С治覀冞@么多年，我們希望看到一些制造業(yè)，一些生產(chǎn)出現(xiàn)在澳大利亞。當(dāng)然，因?yàn)樾枰覀儨p少對(duì)化石燃料的依賴，我們將越來越多地進(jìn)入可再生能源領(lǐng)域，我們開始擴(kuò)大太陽能、風(fēng)能等的發(fā)電量，這些不穩(wěn)定的能源質(zhì)量將給電網(wǎng)帶來巨大的問題。因此，我們需要在電網(wǎng)上有更多的儲(chǔ)能空間，而這里和那里只有幾塊電池是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。如果我們要大規(guī)模滲透可再生能源，我們就需要有大量的儲(chǔ)能，而全釩液流電池就是這種兆瓦和吉瓦規(guī)模儲(chǔ)能的最佳解決方案。事實(shí)上，你可能知道，在中國(guó)，他們正在大連安裝一個(gè)800兆瓦時(shí)的釩電池，可以為多達(dá)50,000戶家庭供電，并將儲(chǔ)存來自大型風(fēng)電場(chǎng)的電力。所以，這就是釩電池可以提供和實(shí)現(xiàn)的規(guī)模。

GavinLoyden：我知道澳大利亞私營(yíng)部門和政府部門都有非常雄心勃勃的儲(chǔ)能計(jì)劃。顯然，從礦物來源生產(chǎn)釩正變得越來越重要。我們當(dāng)然希望像QEM這樣的公司能夠支持這一發(fā)展，并盡早投入生產(chǎn)并支持該行業(yè)。而且，正如你所說，支持澳洲的經(jīng)濟(jì)韌性并恢復(fù)制造業(yè)。這是一個(gè)可以圍繞儲(chǔ)能領(lǐng)域而成長(zhǎng)的整個(gè)行業(yè)。它只需要多一點(diǎn)的引導(dǎo)和更多一點(diǎn)的知識(shí)普及以進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)，希望我們?cè)谶@里也能在這方面提供幫助。

MariaSkyllas-Kazacos教授：嗯，我希望如此，我希望如此。因?yàn)槲覀冇泻芏噔C，我們可以生產(chǎn)釩，我們可以生產(chǎn)釩電解質(zhì)，然后希望這也將幫助我們開始生產(chǎn)電池，甚至還有圍繞著這些系統(tǒng)安裝、維護(hù)和操作等的整個(gè)行業(yè)。

GavinLoyden：是的，絕對(duì)的。祝賀你們開發(fā)了這樣一個(gè)極其出色的系統(tǒng)。它來自它的時(shí)代，可能需要一點(diǎn)時(shí)間。我敢肯定，這感覺就像是需要一點(diǎn)時(shí)間才能完成，但是......

MariaSkyllas-Kazacos教授：嗯，我一直在說，我一直告訴人們，當(dāng)我們開發(fā)它時(shí)，我們?cè)缌?5年......

GavinLoyden：經(jīng)常是這樣。

MariaSkyllas-Kazacos教授：但至少現(xiàn)在是時(shí)候了。

GavinLoyden：現(xiàn)在是時(shí)候了。如果說COVID新冠疫情有任何積極因素的話，那就是可能暴露了我們?cè)谠S多方面缺乏彈性，這是其中之一。這確實(shí)加強(qiáng)了所有澳大利亞人，特別是政府的關(guān)注，重新了關(guān)注在澳大利亞真正生產(chǎn)東西并增加價(jià)值，這也是我們?cè)谶@里要支持的。

MariaSkyllas-Kazacos教授：那太好了，我很期待。

GavinLoyden：非常感謝您的時(shí)間！

MariaSkyllas-Kazacos教授：我的榮幸。

GavinLoyden：期待我們的下一次對(duì)話，謝謝！

MariaSkyllas-Kazacos教授：我也期待，謝謝！

GavinLoyden：太好了,謝謝。

編者按：

Maria Skyllas-Kazacos，澳大利亞新南威爾士大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院教授，1951年出生于希臘，1974年畢業(yè)于新南威爾士大學(xué)，獲得工業(yè)化學(xué)工程學(xué)位，并獲得大學(xué)獎(jiǎng)?wù)隆?978年在新南威爾士大學(xué)化學(xué)技術(shù)學(xué)院獲得博士學(xué)位，澳大利亞技術(shù)科學(xué)與工程院院士。

作為一名杰出的電化學(xué)科學(xué)家，Maria Skyllas-Kazacos教授在1984年發(fā)明了全釩氧化還原液流電池，并在1986年獲得全釩氧化還原液流電池的第一個(gè)專利。此后Maria Skyllas-Kazacos教授及其團(tuán)隊(duì)繼續(xù)在全釩氧化還原液流電池領(lǐng)域進(jìn)行了開創(chuàng)性工作，使得全釩液流電池在國(guó)際上已經(jīng)成為最可行的儲(chǔ)能技術(shù)之一?，F(xiàn)在世界已經(jīng)有數(shù)十家企業(yè)從事于全釩液流電池的開發(fā)、生產(chǎn)與應(yīng)用，通過高效滿足日益增長(zhǎng)的可再生能源儲(chǔ)能需求，全釩液流電池將有助于減少化石燃料消耗和溫室氣體排放。

目前盡管 Maria 已正式退休，但她仍然繼續(xù)致力于指導(dǎo)學(xué)生研究釩電池、能源系統(tǒng)建模和控制等領(lǐng)域。“嗯，我喜歡我的工作，”她說。“我為什么要停止做我喜歡的事情？”

筆者曾經(jīng)數(shù)次有機(jī)會(huì)與Maria Skyllas-Kazacos教授交流，言談之中深切感受到科學(xué)家的嚴(yán)謹(jǐn)與執(zhí)著，以及教授對(duì)全釩液流電池的無比信心和深厚關(guān)注！在此，謹(jǐn)向全釩液流電池發(fā)明人致敬！ 

原標(biāo)題：釩電池發(fā)明人Maria Skyllas-Kazacos教授談全釩液流電池技術(shù)優(yōu)勢(shì)