登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
01前言
当今世界,能源是人类生存和发展的重要物质基础,是促进经济发展的重要因素。随着国民经济的高速发展,对能源的需求日益增加。传统的化石能源日益消耗且带来了严重的环境污染,因此发展可再生能源成为必不可少的途径。可再生能源的集成并网和大型电网的调峰、调频都离不开先进的储能技术。液流电池不仅可以保证太阳能、风能和潮汐能等间歇性能源的储存,也可以将电能从非高峰需求时段转换为高峰需求时段,从而维持用电的稳定平衡,增强电网的稳定性。
(来源:微信公众号“材料人” ID:icailiaoren 作者:XyZ)
液流电池相比电容器和固态电池具有更高的能量容量,电池能量储存在活性物质的电解液中,而电解液存放在储液罐内,通过泵循环进入电池室。在充放电过程中,流动的电解质将电解液输送到电池室,发生电化学反应,从而实现化学能和电能之间的转换。这种特殊的结构非常适合大规模蓄电储能需求,可以根据能量的多少调整电解液的含量。现在液流电池的研究主要集中在全钒液流电池、锌碘电池、锌溴电池、氢溴电池、全铁电池、铁铬电池、聚合物电池等。笔者选取几种典型的电池体系并将最新的研究进展进行简要阐述。
02全钒液流电池
Fig 1:全钒液流电池的结构图
全钒液流电池的结构如图1所示,钒电池中的关键材料包括电解液、电极和隔膜。常见电解液是不同价态的钒离子的硫酸溶液,正极电解液为四价钒和五价钒的混合溶液,负极电解液为三价钒和二价钒的混合溶液。电极使用惰性电极,不直接参与发生电化学反应,只为反应提供场所,现阶段一般采用的都是碳素类电极,如石墨毡、碳布等。这类电极性能稳定,价格低廉,适合工业化生产[1]。隔膜是电池的重要部件,主要满足几个特点:较高的质子电导率、较低的钒离子渗透率、良好的尺寸稳定性和较低的价格等。目前商业化的主要是全氟磺酸Nafion膜,现在已经研究的有N112、N1135、N1110、N115、N117、NR212和NR211系列等。其性能主要和膜的厚度以及操作条件相关,如:操作温度、充放电电流密度和充放电状态等。虽然Nafion膜已经用于商业化的钒液流电池,但仍然存在一些缺点,如高钒离子渗透率和昂贵的价格,因此研究者开发了其它系列的隔膜。阳离子隔膜主要有聚醚醚酮系列(PEEK)、聚酰胺系列(PI)和聚苯并咪唑(PBI)系列等。Winardi等研究磺化聚醚醚酮(SPEEK48)在充放电为40mA·cm-2时电池的库伦效率(CE)为92%,能量效率为77%,高于同等情况下测试的N117膜系列。磺化聚醚醚酮具有较高的吸水性,尺寸稳定性较差,基于此研究者将二氧化钛(TiO2)、木质素、改性碳纳米管(DHNTs)、石墨烯纳米片(GO)、介孔二氧化硅(SiO2)、氮化碳(C3N4)、聚偏氟乙烯(PVDF)等高分子材料与SPEEK进行复合,从而获得性能优良的隔膜。磺化聚酰亚胺(SPI)具有较高的质子电导率和远低于Nafion膜的钒离子渗透率。基于此研究者将勃姆石(ALOOH)、壳聚糖(CS)、二氧化锆(ZrO2)、TiO2、二硫化钼(MoS2)等与之复合。其中SPI/CS和SPI/ALOOH复合膜的质子电导率是N117的八倍,而钒离子渗透率仅为N117的十分之一。PBI离子交换膜具有更优异的尺寸稳定性及更简单的合成方法成为近年来钒电池隔膜的研究热点之一。根据Donnan排斥效应,阴离子交换膜的季铵盐基团可以阻止钒离子等阳离子通过,所以阴离子交换膜具有更低的钒离子渗透率和更高的库伦效率。现在阴离子交换膜主要有聚芳醚类(QADMPEK、PyPPEKK、QBPPEK、QAPPEK)、季胺化聚芴基醚(QAPFE)、季胺化聚亚苯基(QDAPP)、聚醚酮(PEK-C)和聚苯基砜类(PyPPSU)等。因为阴离子交换膜具有更低的钒离子渗透率,所以具有更高的库伦效率,接近100%,其能量效率高于N117。阴离子隔膜大多以季铵盐基为官能团,但也有研究人员采用了其他胺功能化基团,如二甲胺(DMA)、(3-缩水甘油氧丙基)三甲氧基硅烷(GPTMS)、三甲胺(TMA),以及N-(三甲氧基硅丙基)-N、N、N-三甲胺(TMSP-TMA)。研究发现,添加基团可以提高IEC和吸水率,从而提高电导率。两性离子交换膜具有两种交换膜的优点,拥有较高的质子电导率和较低的钒离子渗透性。因为两种性能是相互排斥的,需要接枝两种不同的官能团,因此两性离子交换膜的制备比较复杂和成本比较昂贵。现在已经研究主要通过溶胶-凝胶法、溶液反相法和接枝法等制备,主要有在PVDF膜上接枝DMAEMA、DMAEMA和SSS、DMAEMA和AMS,或者通过不同的方法接枝在ETFE上从而形成两性离子交换膜,其它的基材还有SPEEK、SPAEK等。除了离子交换膜外,非离子多孔膜因为其优异的稳定性能、较低的价格成为研究的热点,在没有基团的情况下他们通过孔洞交换质子,然而,这种结构离子电导率较低且钒离子渗透率较高,所以容易导致电解液不平衡,自放电严重,性能不稳定。所以研究者基于此开发了一系列隔膜,PVC/SiO2多孔膜、PVDF多孔膜、PVDF改性多孔膜,如PVP接枝PVDF、PSSA和BaTiO3接枝PVDF、QAPSF接枝PVDF等、PES多孔膜和PSF多孔膜。在此基础上,研究者还开发了具有离子传输的多孔膜,张华民团队在能源期刊Energy Environment & Science 首次研究了PBI多孔膜,其传输机理如Fig. 2所示,在此基础上研究者开发了不同结构的PBI多孔膜、SPEEK多孔膜、SPEEK多孔复合膜等。
Fig. 2 PBI多孔膜的模型及传输机理。
03锌液流电池
锌碘液流电池具有能量密度高、安全性高、环境友好等特点。相比其它的液流电池具有更高的能量密度,然而由于I2的溶解性较低,从而降低了能量密度。近日,大连化物所张华民、李先锋团队研究了一种新的锌碘单电池,正极为7.5M KI和3.75M ZnBr2混合电解液被密封在多孔电极中。正极电解液可以完全充电到I2状态,几乎达到理论充电电量100%,因此具有更高的能量密度,由于KI的高溶解性,可以完全满足锌在负极上的沉积。此外,采用具有超薄Nafion层的高复合多孔聚烯烃离子交换膜可以有效提高膜的选择性。在40mA·cm-2的电流密度下,可以稳定连续的运行500个循环,其CE为97%,EE可以达到81%,且电池的能量密度高达205W·h/L(理论的能量密度约为240 W·h/L),如图Fig. 3所示,这是研究以来可达到的最高能量密度。因此,锌碘液流电池是大规模储能甚至动力电池的理想选择[2]。
Fig.3 锌碘液流电池和其它液流电池比较图
锌溴液流电池正负极电解液都以溴化锌为活性物质,正极发生氧化还原反应,不需要电解液循环装置;负极发生沉积和溶解反应,需要泵进行循环。正极Br2/Br−反应活性低导致液流电池的工作电流密度较低。张华民团队采用溶剂蒸发诱导自组装制备了双峰有序介孔碳材料,孔径分布在2nm到5nm之间,将其应用于电池的阴极材料,如Fig. 4所示。材料的高比表面积为电池提供了活性位点,提高电池的能量效率,电流密度为80mA·cm-2时能量效率可达80.15%[3]。
Fig. 4 介孔碳在锌溴电池中的应用
锌镍液流电池通过锌离子和镍离子的电化学反应实验电能和化学能转化,阴极为氧化镍或氢氧化镍,阳极为锌材料,负极电解液需要泵进行循环。为了解决能量密度低,寿命短的缺点,研究者们在阴极上设置蛇形流体通道,且已3D多孔镍发泡材料代替2D镍片,可以降低极化现象,提高传质功能,基于此,可以提高电池的能量密度,充放电电流密度从20mA·cm-2到80mA·cm-2时电池的能量效率可以达到80%[4-6]。锌铁液流电池具有环保、性能高、价格低等优点,依靠锌酸盐离子和铁离子之间的电化学反应来实现电能的储存和释放。碱性锌铁电池使用碱性溶液氢氧化钾或氢氧化钠作为辅助电解质,正极电解液为氰化铁或者铁氰化物,负极为锌酸盐。中性锌铁电池使用氯化钾为辅助电解质。然而,锌铁液流电池工作电流密度非常低,仅有35 mA·cm-2,而全钒液流电池可以达到120 mA·cm-2,所以很限制锌铁电池的应用。研究者使用高电导性和稳定性的聚苯并咪唑隔膜代替商业化的Nafion膜,并使用多孔3D碳毡实现锌离子的沉积和脱落,基于此,碱性锌铁液流电池可以在60mA·cm-2到120 mA·cm-2电流密度下运行,且能量效率可以达到80%以上,实验发现在电流密度为80 mA·cm-2运行时能量效率可以达到89.59%[7]。此外,阳极表面锌的沉积和形成的枝晶可以影响到循环稳定性,也是制约锌铁液流电池发展的关键因素。
04非水系液流电池
早期非水系电池主要是基于V和Ru的有机配合物,但电池的活性物质浓度不高,电池的工作密度太低。Wang Wei等[8]提出了一种新的液流电池,正极使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO),负极使用的是Li片,溶剂为碳酸乙烯酯(EC)/碳酸丙烯酯(PC)/碳酸乙酯(EMC)(体积比4:1:5),辅助电解质为LiPF6,正极反应为TEMPO的自由基反应,负极为Li的沉积和溶解。电池的开路电压可以达到3.5V,正极的活性物质浓度可以达到2mol/L,能量密度可以达到126W h/L。然而由于电导率较低,工作电流密度非常小,只有5 mA·cm-2。Li/二茂铁电池,正极电解质为二茂铁盐溶液,负极为Li片,二茂铁的电化学活性是通过铁的价态变化实现的,相比TEMPO电化学稳定性更好。然而该体系中电解质的溶解度较低,而且阳极上形成枝晶,严重影响了电池的安全性。研究者[9]通过对二茂铁引入季铵基团改性,可以将二茂铁的溶解度提高到0.85mol/L。在0.1 mol/L的电解质浓度下,该电池的工作电流密度仅为3.5 mA·cm-2,此外,在电解液浓度为0.8mol/L时,工作电流密度仅达到1.5 mA·cm-2,且容量衰减很快。Li/溴液流电池正极反应为Br2和Br-的转换,负极为Li的沉积和溶解。电池的开路电压可以达到3.1V,高溶解度的溴为正极活性物质,可以获得232.1W h/Kg的能量密度,且稳定性良好,1000个循环以上,能量效率仍然可以保持在80%以上。但该电池的工作电流密度低,而且溴的挥发性强,具有很强的毒性,环境污染严重。
05总结
综上,锌液流电池和钒液流电池有很大潜力成为下一代新能源电池,虽然锌液流电池已经达到了示范阶段,但钒液流电池已经接近工业化和商业应用。锌液流电池面临充放电过程中的均匀问题,这可能导致能量效率的降低和循环稳定性下降等,致使无法满足大规模储能用电的要求,此外,部分锌液流电池存在强腐蚀性、氧化性和安全性。总的说来,钒液流电池更适合发电的大规模储能,而高能量密度的锌液流电池系统更适合体积小、成本低、小用户量的储能。两者无法取而代之,都有很大的发展空间。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
据湖北振华化学股份有限公司消息,2024年4月13日,国家电投集团中央研究院党委书记、董事长何勇健带队到湖北振华化学股份有限公司进行调研,振华股份董事长蔡再华接待了何勇健一行。蔡再华希望结合各自优势,在铁铬液流电池关键材料、储能系统验证、市场推广等方面深入合作。何勇健希望双方在铁铬液流
近日,大连化物所储能技术研究部(DNL17)李先锋研究员和鲁文静副研究员团队在溴基液流电池电极研究方面取得新进展。研发团队通过在电极表面基于可逆的固态溴络合效应,同步提高了电极的固溴能力和催化活性,降低了溴基液流电池的自放电率,提高了电池功率密度和循环寿命。研究团队提出了一种向电极表
北极星储能网讯,4月10日,中国安储能源发布《自愿性公告业务更新》公告。根据公告显示,中国安储能源间接全资附属公司,江苏恒安储能科技有限公司(“江苏恒安”)已订立以下合同:1、与中国华电科工集团有限公司签订设备采购合同,中国华电科工同意购买锌溴液流电池储能系统及其附属设备。2、与中国
4月10日,中核集团新华水电2024年度全钒液流电化学储能系统集中采购公布招标结果,共六家企业中标,分别是北京星辰新能科技有限公司、大连融科储能技术发展有限公司、四川伟力得能源股份有限公司、液流储能科技有限公司、中车株洲电力机车研究所有限公司、寰泰储能科技股份有限公司(备选)。据招标文件
在全球绿色能源和技术的发展浪潮下,我国电源结构持续优化,可再生能源发电装机规模屡创新高。目前,我国已建成了世界上最大的清洁电力供应体系,在全球清洁能源技术价值链中发挥着核心作用。不同于传统能源的是,可再生能源存在着供应不稳定的特点。不同地区、气候下的能源供需存在巨大的差异,在传统
记者从中国科学院金属研究所获悉,该所李瑛研究员、唐奡研究员团队在新型低成本铁基液流电池储能技术研究领域取得新进展。他们的最新研究结果证明,电极界面优化设计可有效提升铁负极性能,从而为实现全铁液流电池高效稳定运行提供了新途径。据研究团队介绍,在诸多新型储能技术路线中,以全钒液流电池
随着世界各国迈向净零排放的步伐加快,人们需要直面可再生能源的间歇性、波动性问题。通常要达到4小时以上甚至跨周、跨季节的长时储能技术,才能保证电力系统的安全稳定运行。通过长时储能,我们可以以负担得起、可靠和可持续的方式转型到可再生能源,并能解决风电和太阳能发电的间歇性和不稳定性。近
近日,中建六局中标浙江湖州年产5GWH锌溴液流储能电池生产智造项目工程总承包,中标金额26.65亿元。该项目位于浙江省湖州市南浔区,总建筑面积约23.22万平方米,配套建设道路、给排水、绿化、供配电、消防等公用辅助工程,还包含约1500台(套)高精定制设备的安装工程。该项目建成启用后将新增5条1GWH
北极星储能网讯,3月25日,美国科学杂志《naturecommunications》发布一项液流电池最新研究。根据相关内容显示,实验中,电池在连续1000次充电循环中表现出显著的循环稳定性,同时保持其最大容量的98.7%。相比之下,先前类似铁基电池在更少的充电周期内,充电容量会下降两个数量级。
北极星储能网获悉,3月15日,三峡新疆光储项目200MW/1000MWh全钒液流储能EPC中标结果公布,上海勘测设计研究院有限公司、中建三局集团有限公司、大连融科储能技术发展有限公司联合体以192901.953347万元中标该项目,折合单价1.929元/Wh。2022年1月,国家发改委、能源局印发《“十四五”新型储能发展实
近日,许继电气股份有限公司成功中标国家电投集团科学技术研究院有限公司“铁-铬液流电池能量管理系统框架采购”项目,是公司在储能能量管理系统领域取得的又一个突破。许继电气通过多年的技术攻关,突破了储能电站海量信息处理、储能电站可靠辅助构网及稳定独立组网技术、精准阻尼控制与惯量支撑技术
4月11日,第12届储能国际峰会暨展览会(ESIE2024)在北京首钢会展中心盛大启幕。作为储能制造及全生命周期运营商,江苏北人携全液冷分布式储能系统(立式、卧式)、集装箱式储能系统、PACK、PCS、EMS平台等储能系列产品精彩亮相,获多方瞩目。本次展会,江苏北人重磅展出全液冷分布式储能系统与集装箱
北极星储能网讯,4月19日,华润集团发布《华润电力夏河90MW牧光互补光伏发电项目配套储能系统EPC总承包工程中标候选人公示》。根据2023年8月甘肃省发改委出台的《关于甘肃省集中式新能源项目储能配置有关事项的通知》,可知项目配置储能为10%,连续时长2小时。第一中标候选人:许继电气股份有限公司;
2024年4月10日-13日,由中关村储能产业技术联盟(CNESA)、中国能源研究会、中国科学院工程热物理研究所主办的第12届储能国际峰会暨展览会(ESIE2024)在京举行。与会者包括来自国家能源主管部门、地方政府、电网公司、发电集团、高校、国际组织及投资机构的代表。在4月12日下午的“商业模式与市场机制
新型储能产业市场广阔、发展潜力巨大,对促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。当前,新会区正加快布局新型储能产业发展,抢占特色新兴产业新赛道,将新型储能产业打造成为新会区“制造业当家”的战略性支柱产业。今年初,位于睦洲镇的中星储能智谷项目举行入园企业签约暨封顶仪式,项目首期2栋
根据CNESADataLink全球储能数据库的不完全统计,2024年3月份国家及地方共发布储能相关政策48项,国家层面发布7项,地方层面发布41项,安徽(6项)、广东(5项)和浙江(5项)是发布政策数量较多地区。按重要性来看,非常重要类33项,其中发展规划政策5项、补贴政策8项、电价政策5项、电力市场政策6项,
4月10日至4月13日,第十二届储能国际峰会暨展览会(ESIE2024)在北京首钢会展中心举办。如何促进新型储能行业高质量发展、制定还原新型储能价值的市场机制,发展储能新质生产力,成为与会嘉宾热议的话题。第12届储能国际峰会暨展览会-高峰论坛储能领袖高端对话在高峰论坛的压轴环节-储能领袖高端对话环
北极星储能网讯,4月17日,中核汇能周口中核绿色低碳储能产业园+百万千瓦风电一体化项目(以下简称“绿色储能+风电项目”)在河南省周口市第四届周商大会暨周商周才科技创新合作交流活动上正式签约。“绿色储能+风电项目”由中核汇能河南公司联合大连融科储能技术有限公司、周口市平台公司共同出资建设
北极星储能网讯,4月18日,绛县经济开发区举行举行共享储能发电项目集中签约仪式。,厦门北辰星储能发展有限公司、山西国际能源储能投资股份有限相关人员出席签约仪式。此次集中签约项目2个,总投资20亿元。
北极星储能网获悉,4月18日,南网发布2024年第二批集装箱储能消防系统框架采购询采购公告。公告显示,采购人为南方电网电力科技股份有限公司。标的为2024年风冷集装箱储能消防系统,预计金额71.37万元。详情如下:2024年第二批集装箱储能消防系统框架采购采购公告(采购编号:XM2024040982)根据实际工
近日,江苏省市场监督管理局发布《关于批准建设2023、2024年度省市场监管重点实验室和技术创新中心的通知》(苏市监科信〔2024〕62号),由无锡市检验检测认证研究院申报的“江苏省市场监管重点实验室(电化学储能)”正式获批建设。该实验室是省内首个以高水平储能产品质量安全评价及储能系统安全预防
近两年,作为能源转型发展中的“大热”板块,储能赛道迎来众多利好政策支持、吸引无数玩家竞相涌入。2024年,“新型储能”首次被写进政府工作报告,储能产业也迎来高速发展期。中创新航战略品牌负责人吴弢表示,新型电力系统下的储能将是无法阻挡的时代潮流,未来的储能产能也将集中在真正具备动力电池
北极星储能网获悉,4月18日,深圳燃气集团兆瓦时级全钒液流电化学备用电源设备购销公开招标采购公告发布。公告显示,该项目采购单位为深圳市燃气集团股份有限公司,采购控制价为3952820.35。项目招标范围为250kW/1MWh全钒液流电池系统货物及相应的配套设施、综合能源管理系统液流电池储能单元以及应用
北极星储能网讯,4月18日,骆驼股份发布2023年年度报告。营业收入为14078852383.69元人民币。根据报告显示,骆驼股份汽车低压铅酸电池产量及销量均保持增长,全年累计生产3523万KVAH,同比增长10.98%,全年累计销售3460万KVAH,同比增长7.45%。汽车低压锂电池产品有12V新能源汽车辅助电池、24V驻车空调
中国驻佛得角共和国大使馆经济商务处消息,据佛得角政府网站报道,佛得角政府于4月5日与佛得角风电公司Cabeólica举行风电场扩建项目合同签约仪式。该项目预算约为50亿埃斯库多,涉及在圣地亚哥岛风电场安装风力涡轮机,将其产能由9兆瓦提高至22兆瓦,并在圣地亚哥岛和萨尔岛分别安装9兆瓦/5兆瓦时和6
北极星储能网获悉,4月16日,河南淅川县福森新能源储能公司年产10GWh储能电池项目已建成并成功试产。福森储能项目是河南省内首个全产业链储能系统产业基地,全面投产后,各类电池产品年生产能力将提升至13GWh,年装配产能可达6GWh,光伏发电在满足生产所需的同时,剩余部分可并网出售,年可实现产值120
北极星储能网讯,4月13日,亿纬锂能发布2023年年度报告。根据报告显示,报告期内,亿纬锂能实现营业总收入4878358.72万元,同比增长34.38%,其中动力电池出货28.08GWh,实现营业收入2,398,386.85万元,同比分别增长64.22%、31.41%;储能电池出货26.29GWh,实现营业收入1,634,020.96万元,同比分别增长1
全球领先的连接和电源解决方案供应商Qorvo于4月11日在京顺利举办以“春光作序,万物更‘芯’”为主题的媒体日。Qorvo依托强大的技术能力以及对于市场动态的捕捉,为业内以及消费者提供多样的技术应用与创新,深入到移动通讯、基础设施、电源管理、物联网、汽车电子、消费电子等多个应用领域。此次活动Q
北极星储能网讯,4月17日,华中数控发布关于子公司签订海外项目合同的公告。根据公告显示,其控股子公司常州华数锦明智能装备技术研究院有限公司(以下简称“常州华数锦明”)与客户J及其关联主体1签订了《设备供应及技术服务合同》及《设备供应及安装合同》。华数锦明拟向英国客户销售软包电池模组装
北极星储能网获悉,据新源智储消息,4月11日,新源智储与中创新航科技股份有限公司(以下简称“中创新航”)举行战略合作协议签署仪式。根据协议内容,新源智储与中创新航建立产业合作与项目合作伙伴、技术合作伙伴、海外合作伙伴关系。双方将充分发挥各自在储能技术和动力电池领域的专业优势,共同推
北极星储能网讯,4月17日,万华化学发布关于全资子公司受让安纳达部分股权收到《深圳证券交易所上市公司股份协议转让确认书》的公告,按照规定转让双方需在未来六个月内办理转手让股份过户登记。2月26日,万华化学全资子公司万华电池与铜化集团签署《安徽安纳达钛业股份有限公司股份转让协议》,万华电
17日从特斯拉中国获悉,特斯拉上海储能超级工厂计划于今年5月开工,并于2025年第一季度完成量产,这是特斯拉在美国本土以外的首个储能超级工厂项目。据悉,特斯拉上海储能超级工厂将生产超大型商用储能电池Megapack,该产品基于一体化系统集成和模块化设计,帮助电网运营商、公用事业公司等更高效地存
北极星储能网获悉,据中宏网新疆消息,4月15日,新疆久辰新材料科技有限公司总投资40亿元年产10万吨磷酸锰铁锂正极材料建设项目在新疆伊犁哈萨克自治州霍城县新材料产业园开工奠基。据了解,项目一期于2024年4月开工建设,计划年底建成2条磷酸锰铁锂生产线并投产;二期计划2025年建成2条磷酸锰铁锂生产
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!