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[资料] 液流电池简介

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发表于 2023-2-24 09:29:51 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
锂离子电池占据了所有的头条新闻,但液流电池是一个可行的选择,特别是对于大规模电网存储。
锂离子电池已成为手机、笔记本电脑、个人手持设备和电动汽车 (EV) 的首选储能设备。锂离子电池的高能量密度有助于它储存大量能量,而不会太重或占用太多空间。锂离子电池还用于固定存储应用,例如可再生能源电网存储以及计算机系统和关键医疗设备的备用电源。

液流电池示意图

液流电池示意图

液流电池示意图

尽管近年来锂离子电池的价格有所下降,但主要得益于电动汽车行业的需求,该技术仍然相对昂贵。它还有其他问题,例如使用寿命有限,以及如果充电过多或充电不足可能会引起火灾。传统铅酸电池也可用于这些应用,但不具备锂离子电池可提供的能量密度、充电速率或容量。

液流电池
锂离子电池是众多选择之一,特别是对于固定存储系统。液流电池将能量储存在液体电解质(阳极电解液和阴极电解液)溶液中,这些溶液被泵送通过电池以产生电能。与传统电池相比,液流电池有几个优点,包括储存大量能量、快速充电和放电时间以及长循环寿命。

最常见的液流电池类型包括钒氧化还原电池(VRB)、锌溴电池 (ZNBR) 和质子交换膜 (PEM) 电池。

钒氧化还原
钒氧化还原电池是应用最广泛的一类液流电池。他们使用两种不同的钒离子溶液,一种处于正态 (V(+4)),另一种处于负态 (V(+5)),它们由膜隔开。充电导致钒离子被氧化和还原,导致电势增加。当电池放电时,钒离子流过隔膜,产生电流。

有几家公司在全球范围内供应 VRB 系统。Invinity Energy Systems在全球范围内部署或承包了超过 45 兆瓦时 (MWh) 的钒液流电池。Invinity最大的装置是一个 2 兆瓦 (MW)/8MWh 液流电池,与一个 6 兆瓦太阳能光伏 (PV) 阵列位于毗邻 Yadlamalka 站的土地上,Yadlamalka 站是澳大利亚一个 1,000 平方公里的绵羊和牛场。

Invinity 液流电池位于澳大利亚的 Yadlamalka 站

Invinity 液流电池位于澳大利亚的 Yadlamalka 站

溴化锌
锌溴(ZNBR)电池是最古老的液流电池(1879 年),使用锌和溴离子来储存电能。它们的高能量密度使其成为大规模储能系统的理想选择。几十年来,锌溴电池已用于各种应用,包括公用事业规模的储能和备用电源系统。

溴锌溶液(电解液)储存在两个罐中。溶液被泵送通过反应堆,该反应堆包含两个隔室,由聚烯烃制成的微孔膜隔开。

负极(阳极)侧的电解液是水基的,而正极侧的电解液含有有机胺化合物。该胺用于将溴保持在溶液中。当 ZNBR 电池充电时,锌金属会在塑料复合电极的阳极侧镀上一层薄膜。同时,溴离子氧化成溴并形成副产物沉入阴极电解液槽底部。当电池放电时,镀锌金属被氧化并溶解在含水电解质中,向用于为电子设备供电的阳极释放两个电子。当电子通过阴极(正极)返回时,胺副产物中的溴被转化为两个负溴离子并结合形成溴化锌溶液。

与总体充放电效率为 90% 的锂离子电池不同,ZNBR 的效率范围为 65-75%。澳大利亚的Redflow和美国的Primus Power是两家将锌溴液流电池商业化的公司。ZNBR 电池可通过电解液罐的大小进行扩展:Redflow 制造了一个 10 千瓦时 (kWh) 的系统,而 Primus Power 则有一个 125 kWh 的装置。

ZBM3溴化锌液流电池

ZBM3溴化锌液流电池

ZBM3溴化锌液流电池

质子交换膜
质子交换膜 (PEM) 液流电池使用质子传导膜来分隔正极(阴极)和负极(阳极)。PEM 是一种新型液流电池,作为电解槽的组合,利用充电电能将水分解为氢气和氧气,以及燃料电池,在放电过程中像燃料电池一样结合氢气和氧气以产生自由电子。固态金属氢化物电极可用作电极之一,以储存充电过程中形成的氢气。

由于其更高的功率密度,PEM 液流电池正在被讨论用于电动汽车以取代锂离子电池。与锂离子电池一样,它们表现出高效率,在充电和放电循环之间损失的能量很少。

PEM液流电池

PEM液流电池


液流电池的下一步是什么?
未来,液流电池将在开发可再生能源系统中发挥关键作用。太阳能和风能等可再生能源需要储能,以储存高产期产生的多余能量,并在低产期释放。液流电池是解决这个问题的理想选择,因为它们可以储存大量能量并在需要时快速释放。

液流电池也有望用于微电网系统,微电网系统是独立于传统电网的小型能源网络。微电网越来越受欢迎,因为它们提供了更可靠的电源,尤其是在农村地区或容易停电的地区。此外,液流电池可用于备用电源系统,以在停电和自然灾害期间提供电力支持。

随着道路上电动汽车数量的急剧增加,对电池中锂的需求将继续增长。液流电池为在电网存储中使用锂离子电池提供了一种可行的替代方案,为电动汽车节省了锂。

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