湖北日报全媒记者 张歆 通讯员 禾正青
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4月6日，武汉科技大学国家环境保护矿冶资源利用与污染控制重点实验室，研究人员站在一座占地约2平方米的长方体机器前，插上电源，打开开关，接上逆变器，几乎同时，两排灯泡亮了起来，约20平方米的实验室瞬间亮堂堂。
长方体机器其实是一个钒电池储能系统，储电量比普通商用钒电池高三分之一。这是武科大张一敏教授团队的最新成果，相关技术将在湖北中钒新材料有限公司推广应用，提升风能光能等清洁能源的储存效率，削峰填谷，避免弃电和能源浪费。
三年攻关突破浓度“最大值”
钒电池储能系统由正负电极、电解液储液罐、离子交换膜组件等几部分构成，通过电解液中钒离子的价态变化来产生电流流动，循环使用次数可达5000次至1万次，是锂电池的10倍以上，寿命长，安全性更高，适合于在光伏储能、风电储能等大规模储能项目中应用。
钒电池也有缺点——单位体积能量密度小。若把钒电池作手机电池，半天不到，手机电量就可能耗尽。提高钒电池的能量密度，是科学家们科研攻关的重点，其中的关键是电解液中钒离子的浓度。
钒离子浓度越高，储存的电量就越大，但浓度提升后，钒离子就会结晶沉淀，发挥不了储电效果。一般商用钒电池电解液中，钒离子浓度在1.8摩尔/升，这几乎是钒离子不沉淀的前提下浓度的最大值。
张一敏教授团队历经3年科研攻关，通过在电解液中加入有益有机、无机基团，通过钒离子缔合作用，在电解液稳定的前提下，在实验室中，把钒离子浓度提升了0.6摩尔。
“钒电池循环使用次数多，使用寿命长，一次投入能够带来持久的产出，对企业而言，0.1摩尔的提升也会带来很大效益。”团队教授刘涛介绍，出于工业生产的稳定性考虑，已成功实现科研转化的钒电池电解液浓度为2.0摩尔/升。
挺进钒提取科研“无人区”
钒电池是高纯度钒的一种应用。钒是一种稀有金属，少量使用，能极大地提升产品的强度、韧性、耐高温性、抗腐蚀性，又被称为工业“维生素”。
但高纯钒的提取十分困难。钒的熔点高达1890℃，以广泛分布在我国长江流域的钒页岩为例，钒含量只有0.7%左右，焙烧时，钒页岩中其他软熔杂质熔化成液体，包裹在钒上，形成坚硬的外壳——“硅盖罩”，被科学家们称为“无法破解的难题”，焙烧同时要消耗大量能源，对环境造成污染。
由于科研难度太大，钒提取是矿冶科学家们不轻易触及的领域。上世纪80年代，作为我国首批进行钒提取科研攻关的专家，张一敏进入这片科研的“无人区”。
为解决“硅盖罩”，团队研发出“双循环法”，调试出合适的焙烧温度，在钒被杂质液体包裹前，把钒释放出来。
应用到工业领域，又一个突出问题“冒”了出来——流程太长、工艺繁复、污染物回收复杂，和工业化生产要求的简便快捷不相符。团队又研发出“一步法”，把多个装置集成在一个设备里，在提取钒的同时，实现废水废渣综合利用。
两项提钒技术方案大幅提高了钒的产能，实现生产过程“零污染”。团队分别于2007年、2010年、2017年3次荣获国家科学技术奖。技术成果发布后，矿业企业的技术邀约纷至沓来。
经过一系列技术更新，目前，团队提取的高纯钒纯度达99.99%，实现全链条绿色生产。
打通供求，连成一片“钒蓝海”
从产业链前端的钒提取做到后端的钒应用，自主知识产权超过80项，团队是如何做到的？
“都是和企业‘磨’出来的。”张一敏介绍，我国钒页岩的储量占全世界90%，攻克了高纯钒的提取，就能开辟出一片工业“蓝海”（未知的市场空间）。不同于大宗商品，钒的用途广，但用量少，目前全世界的年用量约20万吨，且和钢铁等大宗商品的价格捆绑，企业只开展钒提取业务，若钒的售价过低，企业就可能停产。
出于钒产业本身持续发展的需要，作为钒研究的先行者，张一敏团队一直在探索一条平衡企业风险的科研道路。团队选择的路径是——打通钒产业的供求，进行钒提取研究的同时，挖掘钒产品的应用空间，如在钢筋中加入少量钒提高强度，用钒制作有抗腐蚀性的海工材料等。
以团队钒电池的科研转化为例，企业事实上分别转化应用了钒提取和钒电池两种技术，站在高纯钒的供求两端，既能够双边受益，又能够有效应对钒价格波动带来的风险。
科研和企业的互动，让钒产业的未来有了无限可能。
在张一敏团队的展厅里，专利技术、科研成果摆满一整面墙。作为我国首批进行钒提取科研攻关的专家，在2010年之后，张一敏才真正迎来科研成果的“爆发期”，科研之路一大半都泡在反反复复的实验中。回忆往昔，张一敏很豁达：“对于想走科研路的人来说，有压力的话，就去奋斗吧！”
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