液流储能电池研究进展

液流储能电池技术是一种高效、大规模电化学储能技术,在风能、太阳能等可再生能源发电、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景. 该文重点介绍了大连化学物理研究所在液流储能电池方面的研究进展,并对液流储能电池技术发展作了简要论述.     

液流电池储能的非并网风电系统

文中设计了一种带储能装置的非并网风电系统。采用液流电池作为储能装置,以减小风能的波动性对供电质量带来的影响。在Matlab环境下建立了系统的仿真模型,通过仿真结果证明了系统的可行性与有效性。     

水系有机液流电池中分子体系研究进展

作为一种极具潜力的大规模储能设备,氧化还原液流电池（redox flow batteries,RFBs）近十年来发展迅速。与传统水系无机RFBs（以钒、锌、铁、卤素等无机离子为氧化还原活性分子）相比,水系有机氧化还原液流电池（aqueous organic redox flow batteries,AORFBs）的电化学活性分子种类更多、来源更广,AORFBs已成为RFBs领域中的研究热点。此外,有机分子所具有的结构易修饰、电化学窗口灵活可调的优势,使AORFBs有望突破传统水系RFBs的功率和能量密度。然而,目前有机分子的稳定性差和溶解度低等问题使AORFBs的实际寿命和运行成本仍无法与钒液流电池的相比。为此,研究者们做了大量工作,本文综述了5类常见的AORFBs体系的研究进展,分别为以有机金属配合物、氮氧自由基、醌类化合物、紫精衍生物和有机聚合物作为活性分子构成的AORFBs体系;总结了各类AORFBs分子体系的特点和待解决的科学问题,并对未来AORFBs的发展方向进行了展望。     

考虑含全钒液流电池储能系统的广义综合负荷模型

构建了适用于电网仿真的全钒液流电池(all-vanadium redox flow battery,VRB)模型,研究了VRB储能系统的外特性.从外特性等效拟合的原理出发,忽略VRB系统的无功功率,提出了VRB储能系统的等效模型.该模型结构简单,参数少,易于辨识,能够有效拟合电网在大扰动和连续小扰动情况下的储能系统外特性,其优势在于能够模拟电池储能的出力极限情形.建立了所提出的VRB等效模型与考虑配电网参数和无功补偿的传统负荷模型并联的广义综合负荷模型(Generalized Synthesis Load Model,GSLM),对含VRB储能系统的配电网广义综合负荷特性进行辨识建模.算例表明,与传统综合负荷模型相比,该GSLM能够更精确描述含储能系统的配电网综合负荷特性,VRB在综合负荷中比例越大,这种优势越明显,且模型参数辨识结果具有较好的稳定性和综合描述能力.     

要大力发展高安全、长时间储能的铬-铁液流电池

中国制定了"碳达峰、碳中和"目标,新能源革命大幕开启,发展走上了快车道.储能技术是新能源发电并网和智能电网建设的瓶颈,需要加快开发多种储能技术.中国已出台一系列政策推动储能技术发展,展示了大力发展先进储能技术的决心.     

全钒液流电池导电双极板材料研究

以PVDF和石墨为基体制备了全钒液流电池的双极板,并测定了双极板的电导率和弯曲强度. 结果表明所用膨胀石墨填加量为50%时,所制得的双极板同时具有优异的导电性(92 S/cm)和机械强度(51 Mpa).     

大规模高效液流电池储能技术的基础研究

该研究在前期工作基础之上,继续对大规模高效液流电池反应机理、材料的构效关系、材料的组分设计与制备方法、发电、储电、电能变换、用电多体系的系统耦合和综合能量管理控制策略等基础科学理论展开研究,取系列重要研究成果:在膜材料研究方面,突破了传统的离子交换传递机理的束缚,完善了原创性的离子筛分传导概念,设计合成出不含离子交换膜基团、孔径可控的多孔离子传导膜。突破性的解决多孔离子传导膜选择性与导电性的矛盾。创制出高性能、高稳定性、低成本的非氟多孔离子传导膜,经10000多次充放电循环考核,电池性能无明显衰减,验证了离子筛分传导概念的正确性。从根本上解决了非氟离子交换膜稳定性差的难题。电池结构设计方面,过研究电堆内部极化特性,明确了影响电池性能的关键因素。通过材料创新和结构设计创新,开发出高功率密度电堆。开发出的2kW电堆的工作电流密度由原来的80mA/cm~2提高到160mA/cm~2。大幅度降低了液流电池的制造成本。提出了大规模液流电池储能系统模块化设计理念,开发出不同规模等级的液流电池单体电堆和储能系统单元模块,发明了单元储能系统组合、多系统耦合技术;漏电电流与系统功耗调控技术;储能系统运行状态监控、预测诊断与自修复管理控制策略,提高了液流电池储能系统的能量效率、运行稳定性和安全可靠性。该技术成功应用于全球最大规模的5MW/10MW·h液流电池商业化应用系统。     

全钒液流电池的质子传导膜研究

全钒液流电池有望用于大规模太阳能、风能发电过程,用作蓄电储能设备,稳定输出功率. 质子传导膜作为该电池内的重要功能材料之一,目前已得到广泛的研究. 该文分析介绍了本实验室制备质子传导膜的工艺,以及面电阻、化学稳定性等膜性能指标,并与现有商业化质子传导膜进行比较.     

PVA-ZrP复合膜作为全钒液流电池隔膜的研究

采用浇铸浸渍法制备了PVA-x%ZrP(磷酸锆)(x=10, 15, 20)复合膜. 采用红外光谱(IR)和差热分析(DTA)对膜进行表征. 考察复合膜在不同电流密度(0～70 mA/cm2)下的膜压降和对VO2 /VO 2离子的渗透性. IR研究结果表明, 复合膜中ZrP与PVA间产生相互作用, 使得PVA的微观结构发生变化. 复合膜在165～170 ℃之间出现强吸热峰, 这是由于磷酸锆脱去结晶水及PVA分子内脱去化学吸附水, 于220 ℃开始出现一个较强的放热峰, 表明PVA的分子内羟基缩合脱水和磷酸锆开始发生相变. 复合膜的膜压降除了与电解液硫酸浓度有关外, 还与其中的ZrP含量有关, ZrP含量增加, 膜压降也提高, 但离子选择性也增加, 表明复合膜由其微结构中的电解液导电逐步向ZrP导电过渡;所制备的复合膜中, PVA-15%ZrP具有较好的综合性能.     

全钒液流电池荷电状态检测方法研究

提供了2种方便快速在线检测全钒液流电池SOC状态的方法. 其一,将一定SOC状态的参比溶液,与待测的正负极电解液通过离子交换膜,用石墨棒做电极组成电池,检测其开路电压,对比在此浓度下的标准电势曲线,确定电解液所处的SOC状态;其二,在电解液管路中并入一个装置将正负极电解液通过离子交换膜连接起来,使用石墨棒做电极,检测其两电极间电势差,即为电池的开路电压;可以将这2种方法结合起来,可以准确地实时检测到电池所处的SOC状态,对于电池的安全有效运行,有着十分重要的意义.     

液流电池电解质的溶液化学研究最终报告

针对高稳定性、高活性全钒液流电池电解液以及高能量密度单液流电池沉积型电对及固体电极电化学性能与电解质溶液之间构效关系、高稳定性浓电解质溶液化学理论及作用机制等关键科学问题,以具备较大应用潜力的全钒双液流以及锌/镍、全铅单液流电池体系电解质的溶液化学为研究重点,通过电化学测试与材料物性表征相结合,深入研究了电解质溶液对全钒双液流以及碱性沉积型锌负极和电池性能的影响,阐明了电解液流速、锌沉积面容量和电流密度的关联;考察了不同种类的无机、有机添加剂以及添加剂中的官能团对电解液的热稳定性以及电化学活性的影响,深入研究了电解液溶液及添加剂对固体氧化镍正极活性和稳定性的影响,探讨了电解液添加剂与锌负极和氧化镍正极的相容性;研究了全铅单液流电池电解质溶液的物化性质,探明电解液组成对电极性能的影响规律;研究了电解液添加剂对全铅单液流电池电极性能的影响及其作用机制;考察了支持电解质对电解液的热力学稳定性、电化学活性以及循环稳定性等的影响,优化了电解液的组成,提高了电池充放电的能量效率和循环稳定性。重要的创新点包括以下方面:(1)确定了对于全钒液流电池电解液的热稳定性和电化学性能具有积极作用的添加剂结构和支持电解质组成;(2)阐明全铅单液流电池电解液中铅活性离子对电极性能的影响规律,优化了铅离子浓度;(3)提出电解液中添加电解PbO_2,降低沉积型PbO_2电极极化,抑制铅累积和枝晶的新方法,获得了高活性、高沉积均匀性Pb负极和PbO_2正极。     

电池装配力对全钒液流电池性能的影响

目的研究全钒液流电池组装预应力对电池性能的影响.方法基于固体力学、流体力学和电化学原理,建立二维模型.模型耦合了固体力学的本构方程和流体控制方程、Nernst-Planck电流分布方程,分析组装预紧力对石墨毡内应力、变形、孔隙率和电流密度分布的影响.结果预紧力的增大加剧了石墨毡内应力、变形和孔隙率的不均一性,从而导致全钒液流电池内电流密度分布的不均衡性.结论随着装配预应力的增大,石墨毡内应力和变形分布不均匀性加剧;预应力越大,孔隙率分布不均匀性越剧烈;预应力越大,石墨毡内电流密度不均匀性越剧烈.     

全钒液流电池在电动车中的应用

全钒液流电池是目前发展势头强劲的优秀绿色环保蓄电池之一,具有大功率、长寿命、可深度大电流密度充放电等明显优势。通过比对现如今存在于电动车上的动力电池,钒液流电池更具有优势以及发展前景,更能推动新能源电动车产业的发展。     

全钒液流电池传质及数值分析

目的研究电池内部传质及反应机理,分析钒离子浓度、电解质电势、电解质电流密度的分布以及电解液浓度对电解质电势和过电势的影响.方法基于电池内部的传递规律与反应相耦合的机理,建立三维数值模型,模拟全钒液流电池中的传质规律.结果在放电过程中,沿电解液流动方向,反应物离子浓度逐渐减少,生成物离子浓度逐渐增加;电解质电流密度在膜表面达到最大,向两侧的集流体方向逐渐降低;沿电解液流动和阴极指向阳极的方向,电解质电势逐渐降低.结论集流体附近电化学反应更剧烈,质子在Nafion膜中的传递主要是依靠电渗作用和浓差作用.     

中国新零售年度报告

2021年第一期,本刊策划了一个关于2020年度中国新零售的系列专题,以记录早已蓬勃发展的中国新零售在疫情期间格外出色的表现。选择“新零售”这个名字及其内涵大费周章。新零售是电商发展到一个阶段后提出来的新名字,关于这个概念有很多不同的解释和理解,似乎只要与以前的传统零售方式有点不同的都可以往这方面靠。     

全钒液流电池电极材料的研究进展

介绍了全钒液流电池的结构、原理、特点及其发展过程,对制约全钒液流电池发展的电极材料这一关键组成作了论述.从电极材料的对比分析、电极改性方法的介绍及其电化学性能的优化机制等方面,综述了钒电池电极材料的发展过程及现状.     

添加剂对全钒液流电池电解液的影响

采用化学还原法由V2O5制备了V(Ⅳ)、V(Ⅲ)离子硫酸溶液,结合原子发射光谱法测定了多种添加剂对钒离子浓度的影响,并采用循环伏安法研究了添加剂加入后电解液在铂电极上的电化学行为.结果表明,多种添加剂加入后电解液中钒离子浓度有所增加,但对钒离子硫酸溶液的电化学可逆性以及溶液电导率基本没有影响.     

全钒液流电池用SPFEK／PPy复合膜

为了降低质子交换膜磺化聚芴醚酮（sulfonated poly（fluorenyl ether ketone）,SPFEK）在全钒液流电池应用中的钒离子渗透率,采用吡咯（pyrrole,Py）单体和SPFEK为原料制备了SPFEK／PPy（polypyrrole,PPy）复合膜。在pyrrole中浸渍SPFEK膜通过氧化法聚合Py得到SPFEK／PPy复合膜,根据SPFEK膜在pyrrole中浸泡时间不同,得到一系列SPFEK／PPy复合膜。对SPFEIC／PPy系列膜进行性能表征,发现随复合膜的吸水率提高,导质子率降低,抗钒离子渗透率明显增强。综合各种性能,选择综合性能最好的SPFEK／PPy-1复合膜组装全钒液流电池来评价电池性能。结果表明,相对于纯SPFEK膜,在各个电流密度下,电池的放电时间明显增长,库伦效率均增大了约5％。     

全钒液流电池的稳态充电数值模拟

为研究大容量蓄电储能全钒液流电池的充电能力,建立基于电池内部传递与反应相耦合的机理模型,模拟电池二维、等温、稳态、充电的状态,得到电池极化的比重数据,并从机理出发深入分析极化的主要来源.通过数值模拟碳毡电极电导率对电极过程的影响,给出反应区域的二维分布特点及规律.研究结果表明:欧姆极化约占总极化电压的50%,浓差极化约占30%,动力学极化占20%;反应区域的分布与多孔电极电导率及电解液电导率的相对大小有关,电流总是选择电阻较小的方式传导.     

三乙醇胺对全钒液流电池正极电解液的影响

通过热稳定性考察、紫外-可见吸收光谱、循环伏安和充放电测试,研究了三乙醇胺作为全钒液流电池正极电解液添加剂对电化学活性和5价钒电解液热稳定性的影响.实验结果表明,三乙醇胺对电解液的热稳定性有较大的提高,5价钒离子浓度在50℃下保存12h后仍有1.08mol/L,高于空白电解液的0.16mol/L.由可紫外-可见吸收光谱可知,三乙醇胺的加入没有改变钒的成键方式.同时,三乙醇胺对正极电解液的电化学活性和可逆性也有提高,有更高的峰电流和更小的峰电位差,组装的电池前30个循环平均能量效率可达80.4%,高于空白电池的1.4%.