液流電池簡介
發(fā)布時間:2023-11-13 來源:未知 分享到:
液流電池是由Thaller于1974年提出的一種電化學儲能技術(shù),是一種新的蓄電池。液流電池由電堆、電解液、電解液存儲供給單元以及管理控制單元等部分構(gòu)成,是利用正負極電解液分開,各自循環(huán)的一種高性能蓄電池。
液流電池特點:
1.液流電池的特點,它的電解液都是水溶液,而且它的反應場所和活性物質(zhì)的儲存場所是分開的,電堆是電堆,儲液罐是儲液罐,它們不會出現(xiàn)著火爆炸等情況,所以它的安全性是非常高的。
2. 所有的液流電池,包括全釩液流電池,鐵鉻、鋅溴,都可以進行 100%的充放電,它的充放電深度繼續(xù)即使達到 100%,也不會對電池造成任何損害,反而對電池的壽命有益。這一塊是鋰電池完全不可能達到的,鋰電池的過充或者過放都會給它帶來不可逆的損害,會造成內(nèi)部的短路,甚至起火爆炸。
3. 液流電池的容量和功率是可以獨立配置的,這也是液流電池最吸引人的地方,對于液流電池來講,它的電堆的數(shù)量決定了整個系統(tǒng)的輸出功率,它的電解液用量決定了整個液流電池系統(tǒng)的容量。
反應原理:
釩液流電池的化學反應是 1 價釩和 2 價釩的正極進行反應, 3 價釩和 2 價釩在負極進行反應,在反應的過程中釩可以從3 價到 2 價進行轉(zhuǎn)換,或者從 1 價到 2 價進行轉(zhuǎn)換。整個電子的交換是通過電極來實現(xiàn),然后中間的隔膜又可以交換質(zhì)子,也叫氫離子,形成循環(huán)過程。
整個過程的效率由于要受到外驅(qū)動泵的功耗影響,效率比較低,但它的安全系數(shù)比較高,中間這層膜即使被刺破,或者說出現(xiàn)一些問題,也不會產(chǎn)生像鋰電池內(nèi)部短路著火的情況,它最多就是電解液混合之后,重新再制備電解液,然后整個電堆它不會完全的損壞,而在鋰電池里面,如果隔膜出現(xiàn)了問題,基本上整個電池就廢掉了。全釩液流的電池堆由端板、雙極板、集流板、石墨氈、離子交換膜以及密封圈組成。
離子交換膜是目前國產(chǎn)化方面做的還比較差的設(shè)備,其他方面的零部件國產(chǎn)化已經(jīng)做得較好,進口的離子交換膜的價格大概是國產(chǎn)的 4-5 倍,未來隨著國產(chǎn)化膜推廣的越來越來越廣泛,應用的越來越多,國產(chǎn)化的離子交換膜會逐步取代進口的離子交換膜。
應用場景:
從應用場景上來看,液流電池在儲能容量幅度比較寬,最小大概有幾十千瓦,最大接近一百兆瓦。目前國內(nèi)最大的液流電池示范項目已經(jīng)做到了100 兆瓦-400 兆瓦時,是由大連融科公司提供技術(shù)裝備,籌集資金在大連市做的項目,這個項目是為了保證整個大連市電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。在時長上來看,液流電池可以劃歸到長時儲能領(lǐng)域。
技術(shù)路線:
從技術(shù)路線看,目前國內(nèi)的液流電池做的較好的有三種技術(shù)路線。第一,全釩液流電池,也是目前國內(nèi)示范項目做的最大的電池技術(shù)。第二,鐵鉻液流,目前國內(nèi)主要從事鐵鉻液流的公司是國家電投集團中央研究院。第三,鋅溴液流,目前國內(nèi)做鋅溴液流的公司比較少,之前安徽美能公司推廣過一段時間,但是近年來由于各種原因推廣不再那么積極,現(xiàn)在國內(nèi)做的示范項目也相對比較小。
釩液流電池:
電解液是為釩粒子的水溶液,不燃燒不爆炸,電解液是由五氧化二釩溶于稀硫酸形成的,熱量可以有效的排出。電解液反應之后,經(jīng)過換熱器可以有效的將熱量排出,這種熱量的排出的效果會遠好于鋰電池的傳熱效果。 單體電池間的一致性比較好;其次,壽命長,在充放電的過程中,它的電極材料只是提供界面,不參與反應,可長期保持穩(wěn)定狀態(tài),深充深放對電池性能也沒有不利的影響, 甚至對它有正向的影響。溫度對容量的影響可恢復,但是又不絕對,全釩液流的運行溫度一般在 10-40 度之間,如果溫度過高會析出一些沉淀物,這些沉淀物經(jīng)過循環(huán)會附著在質(zhì)子交換膜上,進而降低整個系統(tǒng)的效率。而且液流電池設(shè)計靈活,功率和容量獨立設(shè)計。容量可恢復,它的微量副反應造成的價態(tài)失衡是可以通過氧化還原進行調(diào)整恢復的。 鐵鉻液流電池儲能系統(tǒng)的特點是長壽命,生命周期比較長, 循環(huán)次數(shù)大于 20,000 次,次數(shù)現(xiàn)在各家各說各的,但是究竟能不能達到還不好說。環(huán)境友好, 安全性高,電解液以及正負極的材料的毒性和腐蝕性弱,這個優(yōu)點是相對于全釩液流相比的,而且可再生,安全穩(wěn)定,高效率,它的直流側(cè)效率大于 80%,交流側(cè)大于 70%,行業(yè)領(lǐng)先。 鐵鉻液流適應性比較強,這是它獨特的優(yōu)勢,比全釩液流好,它的工作溫度可以在零下 20-70 度,這是相對全釩液流它特別大的一個優(yōu)勢,然后它易于規(guī)?;?,它的定制化比較容易,易于擴容,這是所有液流電池的特點。最后是低成本,更多的是全壽命周期的度電成本。 在投資方面,鐵鉻液流和全釩液流差不多,現(xiàn)在都貴于鋰電池,尤其是磷酸鐵鋰,現(xiàn)在最主流的電池儲能系統(tǒng)。鐵鉻液流電堆和全釩液流高度相似,中間也要用到離子交換膜,離子交換膜也是目前在發(fā)展液流電池,尤其是全釩液流和鐵鉻液流的時候,比較受卡脖子的一項技術(shù)。 鋅溴液流最早由一個石油公司發(fā)明的, 是一種高性能、 低成本大容量的儲能系統(tǒng), 它的電解液為溴化鋅溶液, 電池被隔膜分割為正極半電池和負極半電池,分別接在正負極電解液的儲罐里。在循環(huán)泵的作用下, 電解液在儲罐和電池構(gòu)成的閉合回路中運行, 同時發(fā)生氧化還原反應。鋅溴液流和釩電池的特色都是正負極的溶液, 各自在獨立運行, 不存在交叉污染的問題,但是鐵鉻液流就存在交叉污染的問題。 鋅溴液流可以做到比較低的成本, 包括電極、 隔膜材料在內(nèi)的電池的關(guān)鍵部件多為塑料, 不含貴金屬, 且可回收利用, 尤其是它的隔膜是一種微孔膜, 不是質(zhì)子交換膜, 國產(chǎn)化更容易一些, 它的電解液為溴化鋅溶液, 價格低廉且容易獲得。 其次,是它的長壽命的優(yōu)勢, 正負極電解液的均為溴化鋅溶液, 不存在電解液交叉污染, 電解液的理論使用壽命無限。這只是電解液的使用壽命,如果把整個電堆來考慮進來, 循環(huán)次數(shù)上鋅溴液流要低于全釩液流和鐵鉻液流, 它的電堆的深充深放的循環(huán)次數(shù)大于 3,000 次, 比起全釩液流和鐵鉻液流要低不少。