4 釩在電池方面的應(yīng)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(yīng)用前景廣泛，受到了世界各國科研人員的關(guān)注和深入研究，并建立了許多商業(yè)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(tǒng)。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(tǒng)示范項(xiàng)目。在我國，釩電池研發(fā)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(xué)院大連化學(xué)物理研究所于 2006年成功研發(fā) 10kW全釩液流電池系統(tǒng)。
鋰離子電池具有儲能大和循環(huán)次數(shù)高等優(yōu)良特性。但是，制備鋰離子電池的材料技術(shù)不成熟，成本高、低溫下電池放電效率差等缺點(diǎn)，制約了電池整體性能和真正商業(yè)化的發(fā)展。根據(jù)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(fù)雜，鋰錳氧化物電池循環(huán)次數(shù)差，鋰鈷氧化物電池制備價(jià)格昂貴，限制了其大規(guī)模商業(yè)化。而釩系正極材料比容量高，制備成鋰電池可實(shí)現(xiàn)高存放電，且價(jià)格相對低廉。
5 釩在材料領(lǐng)域的應(yīng)用
稀土釩酸鹽材料與其他材料有很大的不同，表現(xiàn)在光催化活性、易導(dǎo)電光氣敏感性和磁性等性能。原因在于其特殊的原子結(jié)構(gòu) (d電子和 f電子結(jié)構(gòu) )，較大的原子磁矩和較強(qiáng)的自旋軌道等特性。因此，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括發(fā)光材料、光催化劑材料、化學(xué)傳感材料和介電材料等。例如，發(fā)光材料中， YVO4因其性能優(yōu)異，制備成本相對低廉，已早早實(shí)現(xiàn)了工業(yè)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(fā)有機(jī)物進(jìn)行有效降解。
傳統(tǒng)上，氫氣只能使用氣瓶和液態(tài)方式進(jìn)行貯存，但存在安全性差、能耗高、貯存量少、成本高等缺點(diǎn)。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(yīng)用于貯氫和輸送氫，在未來的氫能源汽車等方面應(yīng)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(zhì)。由于其特殊的性能，應(yīng)用范圍廣泛，主要包括光器件、光存儲、光電設(shè)備、智能玻璃等方面。由VO2制成的薄膜，具有體積小、質(zhì)量輕，且造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)而大量應(yīng)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(nèi)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(zāi)報(bào)警器。且VO2薄膜其獨(dú)特的相變性質(zhì)，因此，可制成光盤介質(zhì)材料。
眾所周知，納米材料是尺寸 1～100nm粒子材料。研究發(fā)現(xiàn)，納米釩材料有著其他納米材料無法替代的地位，在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲、光原件、光熱開關(guān)、傳感器等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用場景。其中， VO2、V2O3和V2O5和復(fù)合釩納米材料研究較多 [16]。
6 釩在其他領(lǐng)域的應(yīng)用
另外，在醫(yī)學(xué)方面、顏料領(lǐng)域 (玻璃與陶瓷著色 )、核反應(yīng)堆釩合金材料等多個(gè)領(lǐng)域，釩有著無法替代的作用。醫(yī)學(xué)方面，釩元素在人體的新陳代謝中至關(guān)重要。生物學(xué)中釩元素以四價(jià)和五價(jià)為主。釩在牙齒發(fā)育中起著不可替代的作用。且釩可以促進(jìn)糖的代謝，促進(jìn)血紅細(xì)胞生長。其中，在降糖領(lǐng)域的研究尤為活躍 ，釩具有良好的類胰島素作用，還可保護(hù)胰島細(xì)胞，降低體內(nèi)血糖。成本上，釩具有合成相對容易、價(jià)格較低廉的優(yōu)勢，例如，長春醫(yī)藥集團(tuán)已經(jīng)發(fā)出一種含釩化合物的新藥 —連麥氧釩膠囊，已經(jīng)推向市場，降糖效果顯著。
在顏料領(lǐng)域，釩主要用于制備鉍黃及釩鋯藍(lán)顏料。鉍黃無毒且色澤良好，是傳統(tǒng)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(lán)顏料在陶瓷業(yè)中應(yīng)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(chǎn)快干油墨。因?yàn)殁C對苯胺有氧化作用，因此可生產(chǎn)黑色顏料。
在核反應(yīng)堆材料上，作為聚變反應(yīng)器的覆蓋和屏蔽墻，離不開釩基合金。其優(yōu)點(diǎn)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(qiáng)度好等優(yōu)點(diǎn)。且用于熱核反應(yīng)堆的包套材料，要求具有高溫機(jī)械強(qiáng)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(fā)的 V15Cr5Ti和V3Cr1Si兩種合金，具有高傳導(dǎo)性和低膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
7 結(jié)語
現(xiàn)階段，釩的主要用途是生產(chǎn)各種釩鋼鐵，包括硅釩鐵、氮化釩鐵、釩錳鐵等，其具有強(qiáng)度高、韌性大、耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，使用量占總消耗量的 85%。主要應(yīng)用在汽車、建筑、橋梁、機(jī)械和國防等各個(gè)方面。但目前釩鋼中使用量最多的當(dāng)屬碳素鋼。鈦合金中，釩作為穩(wěn)定和強(qiáng)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(lǐng)域。我國在生產(chǎn)高級釩鈦合金的技術(shù)有待提高，且隨著航天事業(yè)的大力發(fā)展，高級釩鈦合金鋼需求量會大度增加?；瘜W(xué)工業(yè)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(dǎo)材料、電子工業(yè)方面，由于金屬釩耐腐蝕、易加工和良好相變等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。最后，隨著未來技術(shù)的不斷發(fā)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(yīng)用研究綜述》
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