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  • 釩的應用研究綜述(二)
      發布時間:2023年10月14日 點擊數:

      4 釩在電池方面的應用

      釩電池 (全釩氧化還原液流電池 )是一種高效儲能和高效輸出的裝置應用前景廣泛,受到了世界各國科研人員的關注和深入研究,并建立了許多商業示范裝置。國際上,加拿大 VRB Power Systems公司于 2003年和 2001年先后建造 200kW/800kW?h和 250kW/2MW?h的全釩液流儲能電池系統。另外,日本住友電工公司與 2005年和 2012年先后建造 4MW/6MW?h和1MW/5MW?h全釩液流電池儲能系統示范項目。在我國,釩電池研發公司主要包括北京普能、北京金能燃料電池、上海林洋儲能、南京國電南瑞和大連融科儲能等高科技公司 [11]。另外,中國科學院大連化學物理研究所于 2006年成功研發 10kW全釩液流電池系統。

      鋰離子電池具有儲能大和循環次數高等優良特性。但是,制備鋰離子電池的材料技術不成熟,成本高、低溫下電池放電效率差等缺點,制約了電池整體性能和真正商業化的發展。根據鋰離子電池正極材料分類,主要包括鋰鎳、鋰錳和鋰鈷氧化物電池。其中,鋰鎳氧化物電池制備工藝復雜,鋰錳氧化物電池循環次數差,鋰鈷氧化物電池制備價格昂貴,限制了其大規模商業化。而釩系正極材料比容量高,制備成鋰電池可實現高存放電,且價格相對低廉。

      5 釩在材料領域的應用

      稀土釩酸鹽材料與其他材料有很大的不同,表現在光催化活性、易導電光氣敏感性和磁性等性能。原因在于其特殊的原子結構 (d電子和 f電子結構 ),較大的原子磁矩和較強的自旋軌道等特性。因此,應用領域廣泛,包括發光材料、光催化劑材料、化學傳感材料和介電材料等。例如,發光材料中, YVO4因其性能優異,制備成本相對低廉,已早早實現了工業化。利用稀土釩酸鹽材料制成的光催化劑,可以在溫和的條件下將含氯揮發有機物進行有效降解。

      傳統上,氫氣只能使用氣瓶和液態方式進行貯存,但存在安全性差、能耗高、貯存量少、成本高等缺點。作為一種新型能源材料,釩基固溶體貯氫合金可在較溫和條件下,高效吸放氫氣,且貯氫量大,約本身體積的 1000倍[12]。因此,可廣泛應用于貯氫和輸送氫,在未來的氫能源汽車等方面應用前景廣闊。

      作為一種熱敏功能材料, VO2具有很好的相變性質。由于其特殊的性能,應用范圍廣泛,主要包括光器件、光存儲、光電設備、智能玻璃等方面。由VO2制成的薄膜,具有體積小、質量輕,且造價低廉等優點而大量應用 [13-15]。作為太陽能控制材料,低溫下可以透過紅外輻射而高溫下具有阻擋高輻射的能力,可有效改善室內溫度。由于此材料電阻率對熱輻射敏感,因此,可制成熱敏電阻材料,如火災報警器。且VO2薄膜其獨特的相變性質,因此,可制成光盤介質材料。

      眾所周知,納米材料是尺寸 1~100nm粒子材料。研究發現,納米釩材料有著其他納米材料無法替代的地位,在光學數據存儲、光原件、光熱開關、傳感器等領域有廣闊的應用場景。其中, VO2、V2O3和V2O5和復合釩納米材料研究較多 [16]。

      6 釩在其他領域的應用

      另外,在醫學方面、顏料領域 (玻璃與陶瓷著色 )、核反應堆釩合金材料等多個領域,釩有著無法替代的作用。醫學方面,釩元素在人體的新陳代謝中至關重要。生物學中釩元素以四價和五價為主。釩在牙齒發育中起著不可替代的作用。且釩可以促進糖的代謝,促進血紅細胞生長。其中,在降糖領域的研究尤為活躍 ,釩具有良好的類胰島素作用,還可保護胰島細胞,降低體內血糖。成本上,釩具有合成相對容易、價格較低廉的優勢,例如,長春醫藥集團已經發出一種含釩化合物的新藥 —連麥氧釩膠囊,已經推向市場,降糖效果顯著。

      在顏料領域,釩主要用于制備鉍黃及釩鋯藍顏料。鉍黃無毒且色澤良好,是傳統鉻黃、鎘黃等有毒顏料的理想替代品,因此,鉍黃顏料有著廣泛的市場前景,尤其釩鋯藍顏料在陶瓷業中應用較多。另外,印刷油墨離不開氧化物釩和偏釩酸鹽釩,例如,利用偏釩酸鐳,可生產快干油墨。因為釩對苯胺有氧化作用,因此可生產黑色顏料。

      在核反應堆材料上,作為聚變反應器的覆蓋和屏蔽墻,離不開釩基合金。其優點是其他材料的無可替代性,包括中子俘獲面積小,抗腐蝕,高溫蠕變強度好等優點。且用于熱核反應堆的包套材料,要求具有高溫機械強度,可抵抗輻射引起的膨脹、易脆問題以及與氫、鋰各種冷卻劑的兼容性良好。例如:美、德等國開發的 V15Cr5Ti和V3Cr1Si兩種合金,具有高傳導性和低膨脹系數等優點。

      7 結語

      現階段,釩的主要用途是生產各種釩鋼鐵,包括硅釩鐵、氮化釩鐵、釩錳鐵等,其具有強度高、韌性大、耐磨性等優點,使用量占總消耗量的 85%。主要應用在汽車、建筑、橋梁、機械和國防等各個方面。但目前釩鋼中使用量最多的當屬碳素鋼。鈦合金中,釩作為穩定和強化劑使用,可以很好地增加鈦合金的延展和可塑性,廣泛用于航空航天領域。我國在生產高級釩鈦合金的技術有待提高,且隨著航天事業的大力發展,高級釩鈦合金鋼需求量會大度增加?;瘜W工業中,釩作為催化劑和著色劑的作用會更加顯著。此外,在原子能、超導材料、電子工業方面,由于金屬釩耐腐蝕、易加工和良好相變等優點,被廣泛使用。最后,隨著未來技術的不斷發展,釩作為蓄電池,其使用量會飛速增長。

     

                                                                                                  文章摘自:李鵬《釩的應用研究綜述》

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