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鋅溴液流電池
來源:互聯網

鋅溴液流電池 是液流電池的一種,屬于能量型儲能,能夠大容量、長時間的充放電。鋅溴液流電池 目前中國已經通過自主創新成功研發出第一臺鋅溴液流儲能系統,百能實現了鋅溴電池的隔膜、極板、電解液等關鍵材料自主生產。

鋅溴液流電池的歷史可以追溯到20世紀70年代,當時它作為一種新型的儲能技術開始得到研究和發展。在早期的研究中,科學家們對鋅溴液流電池的電化學性能、電解液配方和電極材料等方面進行了深入的探索。隨著技術的不斷進步,鋅溴液流電池的性能得到了顯著提高,并且在一些特定領域得到了應用。

隨著可再生能源的快速發展和對儲能技術需求的增加,鋅溴液流電池受到了更多的關注。研究人員致力于提高電池的能量密度、循環壽命和可靠性,同時降低成本,以滿足市場的需求。目前,鋅溴液流電池在大規模儲能系統、分布式能源系統和備用電源等領域展現出了良好的應用前景。它可以提供長時間的儲能解決方案,有助于提高能源的利用效率和穩定性。

產品介紹

鋅溴液流電池作為其中之一的液流電池技術,由于在系統設計中有非常大的靈活性和極強的可擴展性,在大規模儲能技術領域受到重視。同時,含鋅體系的可充電電池由于鋅的高能量密度以及低成本,長期以來被認為在大規模儲能系統應用中具有競爭力;而鋅溴液流電池則是作為這兩種技術的結合,該技術在儲能領域中的應用將具有很高潛力

技術原理

建立在鋅/溴電極對基礎上的鋅溴電池的概念,早在一百多年前就已經取得了專利,其基本電極反應如下:

在此基礎上發展起來的鋅溴液流電池的基本原理如圖1所示,正/負極電解液同為ZnBr水溶液,電解液通過泵循環流過正/負電極表面。充電時鋅沉積在負極上,而在正極生成的溴會馬上被電解液中的溴絡合劑絡合成油狀物質,使水溶液相中的溴含量大幅度減少,同時該物質密度大于電解液,會在液體熱力學循環中逐漸沉積在儲罐底部,大大降低了電解液中溴的揮發性,提高了系統安全性;在放電時,負極表面的鋅溶解,同時絡合溴被重新泵入循環回路中并被打散,轉變成溴化物,電解液回到溴化鋅的狀態,反應是完全可逆的。

圖2為鋅溴電池系統原理圖,圖中可以看出,鋅溴液流電池主要由三部分組成,包括液路循環及輔助系統、電解液以及電堆。其中電堆為雙極性結構,每片電池通過雙極板在電路上形成串聯結構,而電解液通過管泵系統并聯地分配到每片電池中,在提高電池的功率密度的同時,液路的并聯結構為片間的一致性提供保障;液路循環及輔助系統主要由儲罐、管泵、二相閥及各種傳感器構成,在進行電解液循環的同時,實時的反饋電池的各項信息,如液位、溫度等。

作為鋅溴液流電池的核心部件——電堆則由以下幾部分組成:外部的端板為電堆的緊固提供剛性支撐,通過端電極與外部設備相連,實現對電池的充放電,雙極板和隔膜與具有流道設計的邊框連接,在極板框和隔膜框中加入隔網,提供電池內部的支撐,一組極板框和膜框構成鋅溴液流電池的單池,多組單電池的堆疊形成鋅溴液流電池的電堆,如圖3所示。

技術研究進展

自20世紀70年代以來,鋅溴液流電池技術受到廣泛的關注,在如何提高電池性能和壽命,保證其安全性及可靠性方面進行大量的研發工作,內容涵蓋了數學模型分析、電極及隔膜材料研究、電解液優化、控制及運行策略開發等多個方面,并取得了顯著的進展。

數學模型分析

作為液流電池體系,尤其是像鋅溴液流沉積型的半液流電池,通過對傳質過程、電極過程動力學、材料特性等方面的研究,建立電池的數學模型,有助于研究者對實際過程深入了解,從而更有效地為研發提供指導。

關鍵材料研究

鋅溴液流電池的關鍵材料包括電極、隔膜、電解液等,通過對關鍵材料的研發,提高相應的技術指標,可有效地降低電池成本,改善電池的性能和壽命,因而具有極為重要的意義。

運行與控制策略開發

作為一種儲能技術,必須有正確的運行及控制策略,才能保證系統在實際應用中的可靠性和使用壽命。鋅溴液流電池系統的運行控制策略主要涉及熱管理,液位及泵閥控制,電量監測,電池維護等。

特點

同其它電池技術相比,鋅溴液流電池技術具有下列特點:

(1)鋅溴液流電池具有較高的能量密度。鋅溴液流電池的理論能量密度可達435 W.h/kg,實際能量密度可達60 W.h/kg;

(2)正負極兩側的電解液組分(除去絡合溴)是完全一致的,不存在電解液的交叉污染,電解液理論使用壽命無限;

(3)電解液的流動有利于電池系統的熱管理,傳統電池很難做到;

(4)電池能夠放電的容量是由電極表面的鋅載量決定的,電極本身并不參與充放電反應,放電時表面沉積的金屬鋅可以完全溶解到電解液中,因此鋅溴液流電池可以頻繁地進行100%的深度放電,且不會對電池的性能和壽命造成影響;

(5)電解液為水溶液,且主要反應物質為溴化鋅,油田中常用作鉆井的完井液,因此系統不宜出現著火、爆炸等事故,安全性高;

(6)所使用的電極及隔膜材料主要成分均為塑料,不含重金屬,可回收利用且對環境友好:

(7)系統總體造價低,具有商業應用前景。

參考資料 >

大連化物所集成出30kW級鋅溴液流電池電堆.中國科學院.2024-03-18

鋅-溴液流電池發展歷程.華富儲能.2024-03-18

鋅溴液流電池概述.新能源網.2024-03-20

溫州鋅時代致力于締造鋅溴液流儲能電池全球領航者.華富儲能.2024-03-18

電池能量密度274Wh/kg 中國科大在鋅溴液流電池研究中取得重要進展.北極星電力新聞網.2024-03-18

北京百能鋅溴液流儲能電池入選全球清潔技術峰會“加速器100”.金融界.2016-11-10

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