钒电池生产(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)资料
(生产管理)钒及钒生产工艺
（生产管理）2020 年钒及钒生产工艺钒及钒生产工艺第一章钒的性质及应用一、钒的性质：钒是一种十分重要的战略物资，在钢铁、电子、化工、宇航、原子能、航海、建筑、体育、医疗、电源、陶瓷等在国民经济和国防中占有十分重要的位置。
常温下钒的化学性质较稳定，但在高温下能与碳、硅、氮、氧、硫、氯、溴等大部分非金属元素生成化合物。
例如：钒在空气中加热至不同温度时可生成不同的钒氧化物。
在180℃下，钒与氯作用生成四氯化钒（VCl4）；当温度超过800℃时，钒与氮反应生成氮化钒（VN）；在800～1000℃时，钒与碳生成碳化钒（VC）。
钒具有较好的耐腐蚀性能，能耐淡水和海水的侵蚀，亦能耐氢氟酸以外的非氧化性酸（如盐酸、稀硫酸）和碱溶液的侵蚀，但能被氧化性酸（浓硫酸、浓氯酸、硝酸和王水）溶解。
在空气中，熔融的碱、碱金属碳酸盐可将金属钒溶解而生成相应的钒酸盐。
此外，钒亦具有一定的耐液态金属和合金（钠、铅、铋等）的腐蚀能力。
钒有多种氧化物。
V2O3和V2O4之间，存在着可用通式V n O2n-3≤n≤9)表示的同族氧化物，在 V2O4到 V2O5之间，已知有 V3O5、V3O7、1(V4O7、V4O9、V5O9、V6O11、V6O13等氧化物。
工业上钒氧化物主要是以V2O5、V2O4和V2O3形式存在，特别是 V2O5和生产尤为重要。
它们的主要性质列于下表：4二、钒的应用三、五氧化二钒的性质V 2O 5 是一种无味、无嗅、有毒的橙黄色或红棕色的粉末，微溶于水（质量浓度约为 0.07g/L ），溶液呈黄色。
它在约 670℃熔融，冷却时结晶成黑紫色正交晶系的针状晶体，它的结晶热很大，当迅速结晶时会因灼热而发光。
V 2O 5 是两性氧化物，但主要呈酸性。
当溶解在极浓的NaOH 中时，得到一种含有八面体钒酸根离子 VO 3-的无色溶液。
它与Na 2CO 3 一起共熔得到不同的可溶性钒酸钠。
第二章 五氧化二钒生产工艺方法概述五氧化二钒生产工艺大致历经了 70 年，通过几代人的不断总结、探讨，已初步形成了不同的生产工艺模式。
一种偏钒酸铵煅烧分解制备高纯五氧化二钒的生产工艺的制作方法
一种偏钒酸铵煅烧分解制备高纯五氧化二钒的生产工艺的制作
方法
本文介绍一种偏钒酸铵煅烧分解制备高纯五氧化二钒的生产工艺的制作方法。
五氧化二钒是一种重要的钒系材料，广泛应用于钢铁、化工、电子、航空等领域。
本文所介绍的生产工艺采用了偏钒酸铵作为原料，通过煅烧分解的方法制备高纯度的五氧化二钒。
生产工艺的具体步骤如下：
1. 原料准备：将偏钒酸铵粉末加入到煅炉中，同时加入适量的助熔剂，如碳酸钠、碳酸钾等。
2. 煅烧分解：将煅炉加热至1000-1200℃，并保持一定时间，使偏钒酸铵分解成氧化钒和氧气。
反应方程式如下：
2NH4VO3 → V2O5 + 2H2O + O2↑
3. 过程控制：在煅烧分解的过程中，需要控制温度和气氛。
温度的控制可以通过炉温计进行监测和调整；气氛的控制可以通过加入适量的氮气或惰性气体进行调节。
4. 精细处理：经过煅烧分解后得到的产物需要进行精细处理，以去除杂质和提高纯度。
具体处理方法包括水洗、酸洗、碱洗等。
通过上述生产工艺，可以制备出高纯度的五氧化二钒，其纯度可以达到99.9%以上。
同时，该工艺具有操作简便、成本低廉等优点，适用于大规模工业化生产。
总之，偏钒酸铵煅烧分解制备高纯五氧化二钒的生产工艺是一种有效的制备方法，具有广泛的应用前景。
三氧化二钒(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)
三氧化二钒（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅教授等1 三氧化二钒的制备方法简介三氧化二钒是一种比五氧化二钒更高效的合金添加剂，其制取一般是利用钒的中间产品，例如五氧化二钒(V 2O5)、偏钒酸氨(NH4VO3)和多聚钒酸铵等作为原料来制取。
三氧化二钒的制取方法大致可归纳为两类。
一类是不外加还原剂的钒酸铵(如偏钒酸铵和多钒酸铵等)热分解裂解法；另一种是外加还原剂的直接还原法。
钒酸铵热分解裂解法是利用钒酸铵在加热时释放出的氨进一步裂解产生的初生氢对V + 5还原,得到产品VO3。
而直接还原法则是利用外加还原剂，如C、CO、CH4、H 2、NH3以2及金属钒等对V+5进行还原，最终得到产品V2O3。
目前国内外三氧化二钒生产企业主要是采用外加还原性气体(一般是天然气或工业煤气)还原多钒酸铵（简写为APV）制取三氧化二钒，具有成本低，效率高，产品质量好等优点。
目前世界上只有德国、奥地利、南非和中国攀钢具有工业上大量生产三氧化二钒的能力。
2 三氧化二钒生产基本原理单独考虑用纯一氧化碳或氢气还原五氧化二钒，在标准状态下的吉布斯自由能变化列于表5.3.1中。
ϑ以多钒酸铵(六钒酸铵、十钒酸铵、十二钒酸铵等)为原料，用气体(氢或一氧化碳)进行还原有如下的反应发生：（1）一氧化碳还原反应(NH4)2V6O16+6CO＝3V2O3+6CO2+2NH3+H2O(NH4)6V10O28+10CO＝5V2O3+10CO2+6NH3+3H2O(NH4)2V12O31+12CO＝6V2O3+12CO2+2NH3+H2O（2）氢还原反应(NH4)2V6O16+6H2＝3 V2O3+7 H2O+2 NH3(NH4)6V10O28+10H2＝5 V2O3+13 H2O+6 NH3(NH4)2V12O31+12H2＝6 V2O3+13 H2O+2 NH3需要指出，当APV分解出氨后，氨会分解出氢气：2NH3→3H2+N2ϑG＝33472-76.15T∆15ϑG＝0时，T＝440K (166℃)∆15标准状态下，当温度达到166℃时，分解出的氢气仍可以起到还原剂的作用。
钒渣生产五氧化二钒工艺流程
五氧化二钒的生产工艺用钒渣生产五氧化二钒的基本原理：由钒渣的物相结构可知，钒在钒渣中是以三价V 离子状态存在于尖晶石物相中，同时，钒渣中还含有硅酸盐玻璃体、金属铁等物相，从钒渣中提钒主要是将低价钒氧化成五价钒，使之生成溶解于水的钒酸钠，再用水浸出到溶液中使钒与固相分离，然后再从溶液中沉淀出钒酸盐，使钒与液相分离，最终将钒酸盐转化成五氧化二钒。
钒渣的氧化焙烧是将钒渣破碎到一定粒度，与钠盐混合后在氧化气氛加热炉内加热，使钒完成氧化并转化为可溶性钒酸钠的钠化过程。
水溶钒转化程度的高低，直接影响到钒的回收率。
传统的以苏打为主作为添加剂的钒渣生产五氧化二钒的工艺流程主要有原料预处理（包括钒渣破碎、粉碎、配料、混料）、氧化焙烧、熟料浸出、沉钒及熔化五个工序。
流程图如下：钒渣苏打片状五氧化二钒1、原料预处理：包括钒渣破碎、球磨、除铁、配料、混料等。
原料预处理是将钒渣破碎到一定的粒度后再与一定比例的钠盐添加剂混合均匀的过程，钒渣破碎是将大块钒渣经破碎机和球磨机粉碎到一定粒度的粉末状态。
它提高了钒渣的比表面积，保证钒渣在氧化焙烧过程中能充分氧化。
为避免金属铁在氧化焙烧过程中放出打料热量致使炉料粘结，钒渣要磁选除铁。
为了提取钒渣中的钒，使之变为溶解于水的钒酸钠，因此要配入一定量的钠盐添加剂，以苏打为主。
2、焙烧：焙烧转化率是熟料中转化为可溶钒的钒量占全钒的比例。
影响焙烧转化率的因素很多，除了与钒渣的结构和化学成分有关外，还与钒渣的粒度、添加剂的种类、添加剂的用量、焙烧温度、焙烧时间等多种因素有关。
目前焙烧的设备采用回转窑，回转窑的炉温多控制在800°左右。
3、浸出：钒渣经焙烧后称为熟料，熟料的浸出通常是水浸，水浸是将熟料中的可溶性钒酸钠溶解到水溶液的过程。
浸出方式有连续式和间歇式两种。
影响浸出率的因素包括熟料粒度、熟料可溶钒含量、液固比、浸出温度、浸出时间、搅拌、浸出方式等。
目前我公司采用的间歇方式进行浸出。
钒电池生产(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)分析
钒电池生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创 邹建新 罗冬梅 教授等1钒电池工作原理全钒氧化还原液流电池（以下简称钒电池）是一种大规模高效储能系统。
因其具有无污染、寿命长、能量效率高和维护简单、建设周期短等优点，被认为是一种优良的绿色大规模储能技术。
国外已建设了兆瓦级的太阳能光伏发电和风能发电储能示范系统，预示了良好的商业前景。
钒氧化还原液流电池是以钒离子溶液为正、负极活性物质的二次电池。
钒具有多种价态，V(V)、V(IV)、V(III)和V(II)，其化学行为活跃，在酸性介质中可形成相邻价态的电对，电极电位可表示如下：++++−−−→−−−→−−−→−-2322255.00.3371.004V V VO VO其中，V(V)/V(IV)与V(III)/V(II)两电对的电位差约1.25V 。
钒电池正、负极室通过隔膜分开，电极由电极活性物质和集流板构成；正极电解液由V(V)和V(IV)离子溶液组成，负极电解液由V(III)和V(II)离子溶液组成。
其结构见图5.8.1。
电池充电后，正极物质为V(V)离子溶液，负极为V(II)离子溶液；放电后，正、负极分别为V(IV)和V(III)离子溶液，电池内部通过H +离子导电。
V(V)和V(IV)离子在酸性溶液中分别以VO 2+离子和VO 2+离子形式存在，故钒电池的正负极反应可表述如下：（+）（-）图5.8.1 静止型钒电池示意图2 钒电池特点钒电池是一种优良的储能系统，具有诸多优点：(1) 钒电池的额定功率和额定能量是相互独立的，功率大小取决于电池堆的性能(如电池堆的电阻等)，容量取决于电解液的体积和含钒离子浓度。
因此，可以通过改变电解液的体积和含钒离子浓度来调节电池的容量。
(2) 在充﹑放电过程，只发生钒离子价态间相互转换的电极反应，电极不参与化学反应。
(3) 钒电池的使用寿命长，理论上无限。
由于在两个半电池中使用同一种元素的电解质，可避免长期应用时半电池电解液的交叉污染问题。
钒铁冶炼(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)资料
钒铁冶炼（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等1 钒铁冶炼方法及特点(1)以还原剂来区分：通常分为硅热法、铝热法、碳热法三种。
(2)以还原设备区分：在电炉中冶炼的有电炉法（包括碳热法、电硅热法和电铝热法）。
不用电炉加热，只依靠自身反应放热的方法称为铝热法（即炉外法）。
(3)以含钒原料不同区分：用五氧化二钒、三氧化二钒、钒渣原料冶炼钒铁的方法。
(4)根据热源不同可分为：碳热法、电热法、电硅热法、金属热法。
不同方法，特点不同，一种是耗电能大，工序复杂，但产品质量稳定，还原剂价格低。
另一种是耗铝量大，回收率低，合金品位高，不用电能。
2 钒铁产品的牌号及成分钒铁牌号根据含钒量分为低钒铁：FeV35～50，一般用硅热法生产；中钒铁：FeV55～65；高钒铁：Fe70~80，一般用铝热法生产。
国内钒铁牌号及成分如表5.5.1，国际钒铁牌号及成分如表5.5.2。
80 FeV产品外观如图5.5.1。
（1）我国钒铁标准（GB 4139-2012）表5.5.1 我国钒铁牌号及成分标准表5.5.2 国际钒铁牌号及成分标准图5.5.1 80 FeV产品外观图5.5.2 冶炼钒铁的电弧炉3 金属热法冶炼钒铁的原理金属热法冶炼铁合金一般是用比较活泼的金属去还原比较不活泼的金属氧化物，并获得该金属与铁熔于一起，从而生成铁合金。
主要反应原理为：Me x O y+Al─→Al2O3+Me ϑH(Al)=Q kJ/mol∆298Me x O y+Si─→SiO2+Me ϑH(Si)=Q kJ/mol∆298Me x O y+Mg─→MgO+Me ϑH(Mg)=Q kJ/mol∆298Me x O y+Ca─→CaO+Me ϑH(Ca)=Q kJ/mol∆298上述Q值等于-301.39kJ时，该反应式能自发进行，反应放热能达到使炉料熔化、反应、渣铁分离的程度。
当然，要使Me的收率达到高的指标，这个值不一定是最佳的。
钒渣提取新技术(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)
钒渣提取新技术（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅教授等随着攀钢提钒炼钢厂为代表的钒渣提取技术不断得以提升，及时根据铁水条件变化调整供氧强度、吹炼时间、冷却强度等工艺参数，提高铁水中的钒氧化率，尽可能降低残钒含量。
另外，通过优化复吹提钒、出渣炉次添加无烟煤等技术措施，克服铁水成分波动对钒渣生产的影响；开展煤氧枪烧结补炉、提钒炉口防粘、4210镗孔机打炉口等技术研究，改善提钒转炉维护质量。
转炉提钒生产的主要国家是俄罗斯和我国，已经使用静态模型对提钒过程进行控制的国家是俄罗斯，俄罗斯对提钒控制模型开展了深入的研究，现在取得了不错的效果。
不过正在使用的模型一般是根据复杂的物理化学规律开发的机理模型，这对工艺要求非常高，需要有非常稳定的工艺条件和生产流程，因此不适用于铁水成分、生产设备等变化波动大的情况。
也就是说，这种模型系统不能很好地适应复杂生产过程和现代化柔性生产的需要，模型移植困难，模型价格昂贵。
在我国对转炉提钒的研究与发展比较缓慢，主要为人工操作模式，操作和控制基本上依赖于现场操作人员的经验和感觉进行操作，自动化水平低，存在着钒渣质量和半钢质量不稳定的问题。
因此利用人工智能技术研制具有高性价比的转炉提钒模型，建立具有自适应、自学习能力的控制模型是未来提钒控制的发展趋势。
目前，对提钒这样的复杂冶金工业过程建模的研究，也是国内外的研究热点之一。
近年钒渣提取领域的代表性新技术如下：①中国恩菲工程技术有限公司发明了一种从原料钒渣制备精细钒渣的方法。
包括：将原料钒渣进行破碎，然后进行磁选铁得到铁渣和选铁后的钒渣，将钒渣进行一次球磨，然后进行一次选粉得到一次粗粉和作为精细钒渣的一次细粉，然后进行筛分得到筛上粉和筛下粉，将筛下粉进行二次球磨和二次选粉得到二次粗粉和作为精细钒渣的二次细粉。
利用该方法能够降低精细钒渣中铁含量。
②攀钢集团公开了一种高品位钒渣富氧钙化焙烧的方法，包括如下步骤：将高品位钒渣与钙化剂混合形成混合料，将混合料在氧气体积含量为12-21％的气氛下进行焙烧。
氮化钒合金生产(钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池)讲解
氮化钒合金生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创邹建新崔旭梅李俊翰教授等1 产品性能及用途碳化钒、氮化钒可用于结构钢、工具钢、管道钢、钢筋、普通工程钢以及铸铁中，是两种重要的钒合金添加剂。
钒产量的80％-90％用于钢铁工业，其主要原因是钒同碳、氯反应形成耐熔性碳、氮化物，根据钢的成分和钢处理过程的温度情况，这些化合物在钢中能起沉淀硬化和晶粒细化的作用。
因此，碳化钒、氮化钒合金在钒钢生产中起着日趋重要的作用。
已有的研究表明：碳化钒、氯化钒添加于钢中能提高钢的耐磨性、耐腐性、韧性、强度、延展性和硬度以及抗热疲劳性等综合力学性能，并使钢具有良好的可焊接性能，而且能起到消除夹杂物延伸等作用。
尤其是在高强度低合金钢中，氮化钒中含有碳，比碳化钒更有利于促进富氮的碳、氯化钒的析出，从而更有效地强化和细化晶粒，节约含钒原料，降低生产成本。
另外，碳化钒还可作为制取金属钒的原料。
由于氮化钒与碳化钒在制造上存在较大难度，尚处于发展阶段，目前只有美国、南非、中国等可以生产，国内仍处于进一步研发阶段。
氮化钒又称“NITROVAN”，是一种既含钒，又含氮和碳的复合合金，是一种优良的炼钢添加剂。
氮化钒铁通过细化晶粒和沉淀强化作用，大幅度提高钢的强度和改善钢的韧性等综合特性；加入氮化钒铁的钢筋具有成本低、性能稳定、强度波动小、冷弯、焊接性能优良、基本无时效等特点；加入氮化钒铁无需改变国内钢铁企业目前II级螺纹钢的生产工艺，对控温、控轧无特殊要求，尤其适合我国钢铁企业在现有生产设备和工艺条件下，迅速实现螺纹钢产品由Ⅱ级向Ⅲ级、Ⅳ级乃至Ⅴ级螺纹钢的升级换代。
氮化钒铁还广泛应用与薄板坯连铸连轧高强度带钢、非调质钢、高强度H型钢、高速工具钢、高强度管线钢等产品中，是通过微合金化提高钢的强度，改善和提高钢的韧性等综合性能的一条经济有效途径。
碳化钒熔点高、化学性能稳定性好，主要用来制造金属陶瓷、耐热合金和硬质合金。
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钒电池生产（钒渣-五氧化二钒-三氧化二钒-金属钒-钒铁-钒铝合金-碳氮化钒-钒电池）原创 邹建新 罗冬梅 教授等1钒电池工作原理全钒氧化还原液流电池（以下简称钒电池）是一种大规模高效储能系统。
因其具有无污染、寿命长、能量效率高和维护简单、建设周期短等优点，被认为是一种优良的绿色大规模储能技术。
国外已建设了兆瓦级的太阳能光伏发电和风能发电储能示范系统，预示了良好的商业前景。
钒氧化还原液流电池是以钒离子溶液为正、负极活性物质的二次电池。
钒具有多种价态，V(V)、V(IV)、V(III)和V(II)，其化学行为活跃，在酸性介质中可形成相邻价态的电对，电极电位可表示如下：++++−−−→−−−→−−−→−-2322255.00.3371.004V V VO VO其中，V(V)/V(IV)与V(III)/V(II)两电对的电位差约1.25V 。
钒电池正、负极室通过隔膜分开，电极由电极活性物质和集流板构成；正极电解液由V(V)和V(IV)离子溶液组成，负极电解液由V(III)和V(II)离子溶液组成。
其结构见图5.8.1。
电池充电后，正极物质为V(V)离子溶液，负极为V(II)离子溶液；放电后，正、负极分别为V(IV)和V(III)离子溶液，电池内部通过H +离子导电。
V(V)和V(IV)离子在酸性溶液中分别以VO 2+离子和VO 2+离子形式存在，故钒电池的正负极反应可表述如下：（+）（-）图5.8.1 静止型钒电池示意图2 钒电池特点钒电池是一种优良的储能系统，具有诸多优点：(1) 钒电池的额定功率和额定能量是相互独立的，功率大小取决于电池堆的性能(如电池堆的电阻等)，容量取决于电解液的体积和含钒离子浓度。
因此，可以通过改变电解液的体积和含钒离子浓度来调节电池的容量。
(2) 在充﹑放电过程，只发生钒离子价态间相互转换的电极反应，电极不参与化学反应。
(3) 钒电池的使用寿命长，理论上无限。
由于在两个半电池中使用同一种元素的电解质，可避免长期应用时半电池电解液的交叉污染问题。
(4)可以实现100%深放电而不损坏电池。
(5) 钒电池的结构简单﹑使用的材料价格便宜﹑更换和维修费用低廉。
(6) 通过更换钒电池的电解液可以实现电池的瞬间再充电。
(7) 电解液可以循环使用，电极反应过程无有害气体产生，因此，对环境无污染，是新型的环保电池。
3 钒电池与其它储能系统的比较截止2013年，人们已提出或开发了多种储能技术，主要可分为物理储能和化学储能两大类。
物理储能有扬水储能和压缩空气储能。
这两种储能系统规模大、能量转换效率高、循环寿命长、运行费用低。
但要有合适的场地，建设的局限性很大，一次性投资费用很高。
可与物理储能相互补充的化学储能，主要包括各种储能电池和电解水制氢-储氢-燃料电池发电（又称可再生燃料电池，RFC）。
由于大规模储氢目前尚难以实现，燃料电池价格高，不宜用作商业大规模储能系统。
储能电池包括钒电池、锂离子电池、钠硫熔融电池、铬镍电池、铅酸电池及超级电容器等。
目前与小型风力发电机配套的是价格低廉的铅酸电池，但其深度放电的循环寿命只有几百次，三、两年就需更换，用于大规模储能，在经济上不合算，而且维护管理很困难。
其他除钒电池外的储能电池则由于价格高等原因而更难用于大规模储能。
据国际储能技术联合会(ESA)的研究报告，能够用于大规模固定储能的理想形式还是液流储能系统，其中钒电池前景最为看好，钒液流电池与其他储能电池性能及成本比较见表5.8.1。
作为蓄电池与其它蓄电池比较见表5.8.2。
表5.8.1 钒液流电池与其它储能电池性能及成本比较（1MW/8h储能系统）（1）电解液钒电池采用不同价态钒离子的溶液作电解质，硫酸溶液作为电解质支持溶液。
钒离子溶液既是电极活性物质又是电解液，要求它的化学活性好，在不同应用条件下性能稳定。
钒电池的能量密度取决于电解液中钒离子浓度，钒离子浓度为2M的钒电池其能量密度为25Wh·kg-1，钒离子浓度越高，能量密度越大。
钒电池正极溶液一般用四价钒离子溶液，负极用三价钒离子溶液；或者正、负极均用等浓度和体积的三价、四价混合溶液。
充电后正极为五价钒离子溶液，负极为二价钒离子溶液。
美国NASA 研究小组最早对钒氧化还原体系进行了研究，他们认为V5+/ V4+，V3+/V2+体系一般表现出不可逆性。
Davis用控制电位电解的方法研究了V5+/ V4+体系在1mol·L-1HCl 支持电解质中的电流和电位关系，认为：在浓HCl中Pt 电极表面会形成氧化物膜，因而降低了V5+/ V4+体系的交换速率常数k0；若部分除去氧化物膜可使k0达到最大值。
Sum等选用玻碳（GC）、Pt等固体惰性电极，确定V5+/ V4+半电池电极反应基本上都是电化学不可逆反应。
钒离子浓度越高，能量密度越大，但由于钒有空余的ｄ轨道，不仅易与配位体结合，钒原子之间也极易缔合，浓度越大，缔合度越大。
复杂粒子参加电化学反应，相应的反应能垒增加，导致极化增大，反应速度减慢，并且钒离子浓度的提高必然会增大电解液的电阻和粘度，传质过程也受到一定阻碍。
同时，钒离子溶解度不大，高浓度的正、负极溶液在接近全充电状态时，会析出沉淀，堵塞多孔电极表面，导致电池无法使用。
Skyllas 等人的研究表明：V5+在高温下易沉淀，V4+、V3+、V2+在低温下易沉淀，沉淀的程度和速度与温度、钒离子及硫酸的浓度有关，也与电解质的充电状态有关。
当电池放电时，沉淀会重新溶解，或者正负极物质混合沉淀也会消失。
而后的研究又发现：提高酸浓度可使V5+在50℃～60℃条件下长时间不发生沉淀，但随着酸浓度的增加，低价钒离子由于同离子效应使其溶解度随之降低。
显然，提高酸浓度仍不能根本解决电解液的稳定性问题。
为提高钒溶液的稳定性，在溶液中加入添加剂，如硫酸钠、硫酸钾、甘油或硫脲]等，可起到显著的稳定作用，且不降低电解液导电性，又不改变溶液的电化学性能。
（2）电极在钒电池中，电极材料不参与电极反应，但钒氧化还原电对的电化学活性与所选择电极材料密切相关。
因此，电极材料要求它的电化学活性高，在电解液中稳定性好，导电性高，渗透率低，机械性能良好及成本低廉。
钒电池电极材料主要分为三类：金属类，如Pb，Ti等；碳素类，如石墨、碳布、碳毡等；复合材料类，如导电聚合物、高分子复合材料等。
在金属类电极中，用金片作电极时，电极反应可逆性差，钒电解液在Pb 和Ti电极的电化学活性差。
在Ti电极上镀铂黑，电化学活性较好，电极的可逆性也有所提高，但价格昂贵。
在Ti电极上镀氧化铱，电化学活性、可逆性以及稳定性均较好。
在炭素类电极中，最初M.Skyllas-Kazacos以玻碳作钒电池的电极，V5+/V4+ 和V3+/V2+电对的氧化还原反应表现出电化学不可逆性。
用石墨棒和石墨板作电极材料，具有一定可逆性，但使用一段时间之后，正极石墨被缓慢刻蚀。
在石墨表面镀导电聚苯胺，或用碳化硅刨光石墨表面，仍不能提高石墨稳定性。
用碳纤维和碳布作正极时，也有类似的腐蚀现象发生。
S.Zhong等人研究用不同种类石墨毡作钒电池的电极，其稳定性和机械性能较好，其中，聚丙烯腈基石墨毡电极比粘胶基石墨毡电极电阻小，导电性和电化学活性好。
B.Sun等采用不同方法对石墨毡表面进行修饰，并研究钒离子在石墨毡表面的电极反应机理。
对石墨毡进行热处理和化学处理可增加石墨毡表面含氧官能团，减小电极电阻，改善活性物质与电极界面的相容性，从而能提高电池的效率。
采用离子交换或浸渍方法使电极表面金属化，发现用Pt4+、Pd2+、Au4+修饰的石墨毡电极表现出和铂电极一样的电化学性能，氢过电位较高。
以Mn2+、Te4+、In3+ 和Ir3+修饰的电极，电化学性能有较大的提高，其中Ir3+修饰的电极电化学活性最好。
复合电极由导电复合材料板粘贴上石墨毡而成。
由于导电复合材料制造成本低，重量轻，易于加工成型，作钒电池电极材料有很好的应用前景。
S.Zhong等人在聚乙烯中添加石墨纤维和碳黑作为导电粒子制成电极。
研究表明：该电极用于钒电池中，其电学性能，机械性能，渗透性以及电化学性良好。
对复合材料进行化学处理，高含量的石墨纤维材料具有更好的电化学活性和稳定性。
V. Haddadi-Asl用聚氯乙烯（PVC）、尼龙（nylon6，nylon11）、低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和导电纤维混合制成碳－聚合物复合电极。
为了提高机械性能，在复合物中加入一定量橡胶，该电极的导电性和机械特性较好，但价格较贵，且不易成型。
（3）隔膜电池隔膜是钒电池的关键材料之一。
理想的隔膜应对H+离子选择透过性强，但对电解液中不同价态的钒离子透过率低，以减少电池自放电，提高电池电流效率；隔膜的电阻应较低，应具有良好导电性，以减小电池欧姆电压降；隔膜性能需稳定，以提高循环寿命。
目前已经研究了多种隔膜材料。
T.Mohammadi等用Daramic与阳离子交换树脂结合并在膜上接枝二乙烯基苯，或与阴离子交换树脂结合并在膜上接枝四苯乙烯磺酸钠，这样可以减小膜的孔径，防止钒离子的透过，抑制电池的自放电，提高能量效率。
在电流密度为40mA/cm2充放电时，能量效率达77%。
长期运行证明这种隔膜在钒电池中稳定性较好。
中国孟凡明研究了国产普通阴离子膜和Selemion AMV膜在钒电池中应用的性能差异，结果表明：AMV膜交换容量和膜电阻远优于国产膜，但AMV膜机械强度差及含水率高，可能导致水迁移量增加，同时该膜在电池干态存放时变脆易裂，而且抗氧化能力差，不宜长期使用。
国产膜性能虽不如AMV膜，但价格便宜，并且机械强度较好，可作适当改性处理后使用。
近期研究集中在隔膜水迁移方面。
钒电池中水的迁移会导致水流入的半电池中电解液浓度被稀释或溢出，而流出的半电池中电解液浓度增大。
T.Mohammadi研究Selemion AMV、CMV和DMV膜的水迁移行为，分析了水迁移机理，认为：使用阴离子膜CMV时，大量的水从负极迁移到正极，是由H+浓度梯度引起，主要由水合V2+和V3+携带；使用阳离子膜AMV时水迁移方向相反，是由SO42-的浓度梯度所致，水载体为VOSO4和VO2SO4-。
（4）电池组装及应用1990年M.Skyllas-Kazacos等人开发出一种新型的1kW UNSW钒氧化还原液流电池组，总能量效率87～88％，放电电流可达到20A，并进行了长期工作测试。
电池参数见表5.8.3。
表5.8.3 1kW UNSW 钒电池源、电动车电池系统等。
如电动车电池系统半电池的电解液为60L、3M钒溶液时，电动车行程可达40km。
5 钒电池研发的关键技术难点（1）大面积复合双电极的制备：目前正在进行研制的复合电极是由导电塑料和石墨毡电极一体化复合而成。