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储能丨未来巨星——液流电池
2024-09-09

 液流电池定义液流电池通俗的定义为一种活性物质存在于液态电解质中的储能技术。从安全性上来,液流电池不会像锂电池产生着火爆炸的情况
         液流电池主要由三部分组成,外部电解液储罐以及内部的电极和离子传导膜。电解液置于电堆外部的储罐中,在循环泵的推动下流经电堆,并发生电化学反应,从而实现化学能与电能的转换。


 

液流电池的分类在时长上来看,液流电池可以划归到长时储能领域。目前国内的液流电池做较好的有三种技术路线。

第一,全钒液流电池,也是目前国内示范项目最大的电池技术。    

第二,铁铬液流,目前国内主要从事铁铬液流的公司是国家电投集团中央研究院。   

第三,锌溴液流,目前国内做锌溴液流的公司比较少。之前安徽美能公司推广过一段时间,但是近年来由于各种原因推广不再那么积极,现在国内做的示范项目也相对比较小。全钒液流电池不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置,还可以用于电网调峰,提高电网稳定性,保障电网安全。

    



        由于全钒液流电池电解质离子存在于水溶液中,不会发生热失控、过热、燃烧和爆炸。同时,钒电池支持频繁充放电,每天可实现充放电数百次,液态的电解液使得过充过放也不会造成爆炸和电池容量下降。
      因此,全钒液流电池是目前成熟度最高,商业化进程最快,市场占有率最高的液流电池。/溴液流电池也已经开始进入市场,当前国内有少数几家公司在做该项技术的研发。而其他液流电池则仍处于研究阶段。

       锌溴电池在造价上具有与生俱来的优势,因为从储能电池的普遍成本看,电解液成本占到总成本的30%,所以电解液成分的价格在很大程度上决定了电池的整体造价。而锌溴电池的电解液成分为锌和溴,其中锌是一种很常见的金属,容易大量获取而且价格较低,而另一种成分溴更是常见,甚至在污水中就能提取。这个先天性的特质决定了锌溴电池在成本方面具有的优势。

液流电池的特点

           循环寿命长。液流电池活性物质电化学反应一般极化较小,可逆性高,也没有普通电池存放过程中的自放电问题,存储寿命长。  
           安全性高。液流电池一般采用的是水溶液体系,没有潜在的爆炸和燃烧的危险,安全性好。
           规模容量易调节。液流电池的容量密度只与电解质的体积浓度有关,功率密度只与电堆大小和数目有关,因此通过增加电堆的大小和数量,就可以增加输出功率;增加电解液的体积,就可以增加储能容量密度。

商业化最高的全钒液流电池有以下特点:

      ①全钒液流电池的活性物质为溶解于水溶液的不同价态的钒离子,在全钒液流电池充、放电过程中,仅离子价态发生变化,不发生相变化反应,充放电应答速度快

      ②电解质金属离子只有钒离子一种,不会发生正、负电解液活性物质相互交叉污染的问题,电池使用寿命长,电解质溶液容易再生循环使用;

      ③电池选址自由度大,系统可全自动封闭运行,无污染,维护简单,操作成本低

      ④充、放电性能好,可深度放电而不损坏电池,自放电低。在系统处于关闭模式时,储罐中的电解液无自放电现象;

      ⑤电解质溶液为水溶液,电池系统无潜在的爆炸或着火危险,安全性高;

      ⑥电池部件多为廉价的炭材料、工程塑料,材料来源丰富,且在回收过程中不会产生污染,环境友好

      ⑦能量效率高,可达70%,性价比好;

      ⑧启动速度快,如果电堆里充满电解液可在2 min内启动,在运行过程中充放电状态切换只需要0.02 s;

液流电池运用和前景

1.储能系统

液流电池的高能量密度和可扩展性使得其在储能系统中非常有用。液流电池可以存储大量的电能,并在需要时释放,可以用于平衡电网的能源需求。

2.电动汽车

液流电池可以被用作电动汽车的电池。由于液流电池的可扩展性和长寿命,它可以在电动汽车中提供高能量密度和长寿命的电池。作为动力汽车的电池很方便实用,具有很广泛的应用前景。

 

液流电池概念汽车

3.太阳能电池板

液流电池可以用于太阳能电池板系统中,以便在夜间或阴天时释放存储的能量。液流电池的可扩展性使得其可以根据具体需求进行调整。

4.备用电源

液流电池的高可靠性和长寿命使其成为备用电源的理想选择。在断电或紧急情况下,液流电池可以提供可靠的电源。例如海岛、偏远地区,如果建设常规电站或架设输电线路则造价太高,使用液流电池并配以太阳能、风能等发电装置,可保障这些地区的稳定电力供应。

5.微电子设备

由于液流电池可以根据需要进行调整,因此它们可以用于微电子设备的供电。由于微电子设备需要小型、高能量密度的电池,液流电池可以在这种应用中提供可行的选择。

6.航空航天

液流电池可以用于航空航天领域中的飞行器和卫星,以提供可靠的电源。液流电池的可扩展性和高能量密度使其在航空航天应用中非常有用。

液流电池发展的挑战

     液流电池迄今主要经历四个发展阶段:

1884-1967 年的雏形期,-氯液态电池出现,液流电池雏形初步形成,但在安全性、循环性、稳定性上仍存在诸多问题。

1968-1985 年的萌芽期,美国航空航天局(NASA)在双液流电池的突破引发各国对液流电池的研究热潮,随后全钒液流电池的概念被提出,全钒液流电池进入起步阶段。

1986-2000 年的启动期,澳大利亚新南威尔士大学首次申请了全钒液流电池的专利,中国工程物理研究院建成 500W、1kW 全钒液流电池样机,全钒电池逐步成为各国液流电池的主要研发方向。

2001 年至今的高速发展期,全钒液流电池开始进入商业化落地阶段,因其永续循环使用的特性成为长时储能领域的重要选择,中国液流电池行业商业化起步较晚,但发展迅猛,目前已在规模上取得全球领先水准。

离子交换膜可以影响电池的自放电、寿命和单个电池的功率密度等,因此,目前需要开发选择性高、导电率高、价格低、稳定性好的离子交换膜。

另外,电解液制备技术上,液流电池电解液密度普遍偏低,使得液流电池占地面积大。再加上电解液价格较高,成本占到总成本的近50%。目前由于电池成本下降,电解液成本所占比例更大了。因此需要开发高浓度、稳定、价格低的电解液制备技术。

 

 

 

 





 

 

 

 


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