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液流电池技术研发现状与展望

来源:钜大LARGE    2019-10-28    点击量:137

近日,中国科学院大连化学物理研究所张华民在 Electrochemical Energy Reviews期刊发表题为“Progress and Perspectives of Flow Battery Technologies”的综述论文,系统论述了液流电池技术的研发现状和展望


本综述亮点1、总结了液流电池储能技术的研究和发展现状,包括全钒液流电池、锌基液流电池和液流电池新体系;2、评述了全钒液流电池、锌基液流电池和液流电池新体系目前存在的问题及改进方法;3、论述了液流电池储能技术的产业化进展,及其在产业化过程中面临的挑战和应对策略;4、展望了液流电池储能技术的未来发展方向。


(来源:微信公众号“ElectrochemicalEnergyReviews”)


前言


随着能源危机和环境污染问题的日益加重,清洁可再生能源的利用越来越重要。大规模储能技术可以解决可再生能源发电过程中存在的不连续、不稳定的问题,提高电网稳定性。因此,大规模储能技术对可再生能源由辅助能源向主导能源的转变至关重要。大规模储能对电池技术的要求主要包括三个方面:1)安全性好;2)生命周期的性价比高;3)生命周期的环境负荷小。液流电池的特性决定其是大规模储能的首选技术之一。


内容简介


本文首先介绍了液流电池储能技术的基本原理和特征,总结了全钒液流电池、锌基液流电池(包括锌溴液流电池、锌溴单液流电池、锌镍单液流电池、锌铁液流电池和锌碘液流电池)和液流电池新体系(包括水系液流电池和非水系液流电池)的研究现状,评述了不同液流电池体系的优缺点及其应用前景,重点总结了液流电池储能技术的产业化进程。本文评述了液流电池储能技术的性能提升所面临的挑战及应对策略,给出全钒液流电池和锌基液流电池的技术发展路线,并评述了液流电池新体系的发展趋势和实用化前景。


一、液流电池储能技术的基本原理


经典的液流电池通过正、负极电解质溶液中活性物质发生的可逆氧化还原反应(即价态的可逆变化)实现电能和化学能的相互转化。与一般固态电池不同,液流电池的正极和负极电解质溶液储存于电池外部的储罐中,通过电解质溶液循环泵和管路输送到电池内部进行反应,因此液流电池的功率与容量可独立设计。


二、全钒液流电池储能技术


全钒液流电池储能技术具有能量转换效率高、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、使用寿命长、安全环保等优点,是已满足产业化要求的液流电池储能技术。近几年,大连化物所/融科储能合作团队在全钒液流电池关键材料(包括电解质溶液、电极材料、非氟离子传导膜、碳塑复合双极板等)的研发及产业化应用方面取得一系列重要进展。全钒液流电池的技术展望如图所示。与其他二次电池不同,全钒液流电池的成本中,目前电解液的成本约占50%,而电解液可循环使用。


三、锌基液流电池


锌具有储量丰富、价格相对便宜、能量密度高、氧化还原反应可逆性好等优点,以金属锌为负极活性组分可衍生出多种液流电池体系。其中,锌溴液流电池已经进入工程应用示范和产业化应用阶段,锌镍单液流电池、锌铁液流电池和锌碘液流电池目前处于实验室基础研究和工程放大阶段。锌基液流电池的技术展望如图所示:


四、液流电池新体系


近年来,许多科研工作者对液流电池新体系进行了探索。非水系液流电池的研究主要是追求更高的电位,水系液流电池的研究旨在降低储能活性物质的成本,提高电池的能量密度。虽然液流电池在新体系的研究方面有许多论文发表,但至今没有工程应用示范或有较好产业化应用前景的体系。


总 结


本文系统总结和阐述了液流电池储能技术的研究现状、面临挑战以及发展策略,重点评述了全钒液流电池和锌基液流电池的应用前景,并提出二者的技术发展路线。


原标题:张华民研究员最新EER综述:液流电池技术研发现状与展望


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