4 钒在电池方面的应用

　　钒电池 (全钒氧化还原液流电池 )是一种高效储能和高效输出的装置应用前景广泛，受到了世界各国科研人员的关注和深入研究，并建立了许多商业示范装置。国际上，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的全钒液流储能电池系统。另外，日本住友电工公司与 2005年和 2012年先后建造 4MW/6MW?h和1MW/5MW?h全钒液流电池储能系统示范项目。在我国，钒电池研发公司主要包括北京普能、北京金能燃料电池、上海林洋储能、南京国电南瑞和大连融科储能等高科技公司 [11]。另外，中国科学院大连化学物理研究所于 2006年成功研发 10kW全钒液流电池系统。

　　锂离子电池具有储能大和循环次数高等优良特性。但是，制备锂离子电池的材料技术不成熟，成本高、低温下电池放电效率差等缺点，制约了电池整体性能和真正商业化的发展。根据锂离子电池正极材料分类，主要包括锂镍、锂锰和锂钴氧化物电池。其中，锂镍氧化物电池制备工艺复杂，锂锰氧化物电池循环次数差，锂钴氧化物电池制备价格昂贵，限制了其大规模商业化。而钒系正极材料比容量高，制备成锂电池可实现高存放电，且价格相对低廉。

　　5 钒在材料领域的应用

　　稀土钒酸盐材料与其他材料有很大的不同，表现在光催化活性、易导电光气敏感性和磁性等性能。原因在于其特殊的原子结构 (d电子和 f电子结构 )，较大的原子磁矩和较强的自旋轨道等特性。因此，应用领域广泛，包括发光材料、光催化剂材料、化学传感材料和介电材料等。例如，发光材料中， YVO4因其性能优异，制备成本相对低廉，已早早实现了工业化。利用稀土钒酸盐材料制成的光催化剂，可以在温和的条件下将含氯挥发有机物进行有效降解。

　　传统上，氢气只能使用气瓶和液态方式进行贮存，但存在安全性差、能耗高、贮存量少、成本高等缺点。作为一种新型能源材料，钒基固溶体贮氢合金可在较温和条件下，高效吸放氢气，且贮氢量大，约本身体积的 1000倍[12]。因此，可广泛应用于贮氢和输送氢，在未来的氢能源汽车等方面应用前景广阔。

　　作为一种热敏功能材料， VO2具有很好的相变性质。由于其特殊的性能，应用范围广泛，主要包括光器件、光存储、光电设备、智能玻璃等方面。由VO2制成的薄膜，具有体积小、质量轻，且造价低廉等优点而大量应用 [13-15]。作为太阳能控制材料，低温下可以透过红外辐射而高温下具有阻挡高辐射的能力，可有效改善室内温度。由于此材料电阻率对热辐射敏感，因此，可制成热敏电阻材料，如火灾报警器。且VO2薄膜其独特的相变性质，因此，可制成光盘介质材料。

　　众所周知，纳米材料是尺寸 1～100nm粒子材料。研究发现，纳米钒材料有着其他纳米材料无法替代的地位，在光学数据存储、光原件、光热开关、传感器等领域有广阔的应用场景。其中， VO2、V2O3和V2O5和复合钒纳米材料研究较多 [16]。

　　6 钒在其他领域的应用

　　另外，在医学方面、颜料领域 (玻璃与陶瓷着色 )、核反应堆钒合金材料等多个领域，钒有着无法替代的作用。医学方面，钒元素在人体的新陈代谢中至关重要。生物学中钒元素以四价和五价为主。钒在牙齿发育中起着不可替代的作用。且钒可以促进糖的代谢，促进血红细胞生长。其中，在降糖领域的研究尤为活跃 ，钒具有良好的类胰岛素作用，还可保护胰岛细胞，降低体内血糖。成本上，钒具有合成相对容易、价格较低廉的优势，例如，长春医药集团已经发出一种含钒化合物的新药 —连麦氧钒胶囊，已经推向市场，降糖效果显著。

　　在颜料领域，钒主要用于制备铋黄及钒锆蓝颜料。铋黄无毒且色泽良好，是传统铬黄、镉黄等有毒颜料的理想替代品，因此，铋黄颜料有着广泛的市场前景，尤其钒锆蓝颜料在陶瓷业中应用较多。另外，印刷油墨离不开氧化物钒和偏钒酸盐钒，例如，利用偏钒酸镭，可生产快干油墨。因为钒对苯胺有氧化作用，因此可生产黑色颜料。

　　在核反应堆材料上，作为聚变反应器的覆盖和屏蔽墙，离不开钒基合金。其优点是其他材料的无可替代性，包括中子俘获面积小，抗腐蚀，高温蠕变强度好等优点。且用于热核反应堆的包套材料，要求具有高温机械强度，可抵抗辐射引起的膨胀、易脆问题以及与氢、锂各种冷却剂的兼容性良好。例如：美、德等国开发的 V15Cr5Ti和V3Cr1Si两种合金，具有高传导性和低膨胀系数等优点。

　　7 结语

　　现阶段，钒的主要用途是生产各种钒钢铁，包括硅钒铁、氮化钒铁、钒锰铁等，其具有强度高、韧性大、耐磨性等优点，使用量占总消耗量的 85%。主要应用在汽车、建筑、桥梁、机械和国防等各个方面。但目前钒钢中使用量最多的当属碳素钢。钛合金中，钒作为稳定和强化剂使用，可以很好地增加钛合金的延展和可塑性，广泛用于航空航天领域。我国在生产高级钒钛合金的技术有待提高，且随着航天事业的大力发展，高级钒钛合金钢需求量会大度增加。化学工业中，钒作为催化剂和着色剂的作用会更加显著。此外，在原子能、超导材料、电子工业方面，由于金属钒耐腐蚀、易加工和良好相变等优点，被广泛使用。最后，随着未来技术的不断发展，钒作为蓄电池，其使用量会飞速增长。

                                                                                              文章摘自：李鹏《钒的应用研究综述》