流动电池的最新工艺:概述

储能技术可能是基于电化学、电磁、热力学和机械系统[1].电化学储能技术中的能量生产和分布,流电池,通称氧化还原流电池(RFB)是主要的竞争者。

区域渔业机构的组成部分 rfb是一种电池系统,所有的电活性材料都溶解在液体电解质中。典型的RFB由储能罐、电化学电池堆和流体系统组成.液体电解质储存在外部的槽中,如阴极电解质、正电解质和负电解质。两个栈之间的膜为离子的移动提供了路径.电解质泵到堆栈的电化学反应和循环回各自的水箱。

在电化学电池的运行过程中,碳纸片或碳纤维被用来构造多孔碳电极,为良好的电子传导提供途径。通常由纳菲翁制成的多孔膜放在两个电极之间,以方便离子的交换。它可以阻止电解质和电子的流动

 

2030 有时电解质的交叉会导致电池容量的降低。电极的排列和多孔膜夹在两个石墨板之间,以建立一个电池。几个电池堆叠成一系列的组合,以增加电压.这个组件是通过使用金属端板和拉杆形成一个流电池堆,然后与电解质槽、泵和电子设备连接,形成一个运行的流电池系统。

流动电池技术 在过去的几十年里,利用各种化学物质对rfbs进行了研究和生产。其中,从20世纪80年代开始,所有的钡RFB的商业化部署。

根据不同的化学成分,研究了各种流动电池系统。基于系统中使用的电活性材料,更成功的对电极是液体/气体金属和液体-液体电极系统。商业化流电池系统ZN/BT属于液体/气体-金属电极对类别,而全氧化铝氧化还原流电池(VRFB)则含有液体-液体电极。其他一些系统正在开发中,如ZN/V系统。类似地,也有一些技术在实验室原型阶段研究,如VBC。

高的反应性和大的稳定电压窗口是实现这些要求的基本前提。在选择了合适的化学成分后,我们需要找到其他成分并将它们堆叠在一起。然后系统需要与电力电子和控制集成.

全钠氧化还原电池(VRFBS)

 

在这一流电池系统中,溶解在2m硫酸中的1.6-1.7米硫酸钡电解质同时被用作阴极电解质和阳极电解质。在可以得到的四种氧化态中,V2+/v3+对起负电极的作用,而V5+/v4+对起正电极的作用。在放电过程中,相对于标准氢电极(HE),在生成+1.00V的正电极上,将五价钡还原为四价钡和水。同样,在负电极上用-0.26V对她进行氧化,形成三价钡。氧化还原反应的总体情况如下:

优点: 无膜交叉风险。 稳定的电池系统。 氧化还原反应所需的催化剂。 缺点: 低能量和低功率密度。 电解质价格波动。

锌溴流电池

在这一流电池系统1-1.7米溴化锌水溶液同时用作阴极溶物和阳极溶物。溶解在溶液中的溴作为正电极,而沉积在碳电极上的固体锌作为负电极。因此ZBFB也被称为混合流电池。氧化还原反应和产生的电压如下:

优点 低成本电解质。 获得高能量密度。 产生高电压; 缺点: 电池系统寿命差; 锌树突的安全问题。 充电时需要时间。 过剩的BR2进化导致电池容量下降。 铁铬流动电池

在这一流电池系统中,1m氯化铬水溶液用作阴溶物,2m氯化亚铁在盐酸中用作阴溶物。

氧化还原反应和产生的电压如下:

优点: 低成本流动电池系统。 缺点: 低能量密度 铬离子交换缓慢 ·阳极氢的演变 跨界机会大。

 

水生有机氧化还原电池

Aorfbs和Vrfbs的结构成分相同,唯一不同的是电解质。这种流动电池系统中的氧化还原活性物质包括由元素C、H、O、N和S组成的有机分子,这些元素在地球上很常见。迄今为止研究的有机电活性溶液包括奎宁、五草胺、双吡啶和硝基氧基[5]。

优点: 更宽的电池电压。 ·快速电解反应 ·最低限度交叉 ·高电化学 缺点: 有机电解质的降解 *频繁更换电解质

 

金属空气流动电池

在这个流电池系统中,阴极是空气(氧),阳极是金属,而分离器则浸入液体电解质中。在水介质和非水介质中,锌、铝和锂金属已经被研究。泥浆或溶液流形式和单一或双重循环单元设计导致了若干

优点: 高功率密度 ·金属浆检查树突岩的形成

缺点: 阻塞问题 ·金属微粒的使用效率低下

 

半固态流动电池

两个电流收集器,一个分离器,和垫圈是典型的组件一个电池反应器的系统ssfbs系统。使用的是半固体电解质,而不是含有可溶性电活性成分的电解质。一个外部储集层容纳了含固体的泥浆,然后将其泵入电化学电池。展示了使用浓度可达12米的可流动悬浮液的ssfb原型的工作示例[5]。

 

优点: 高能量密度

缺点: *形成固体电解质界面 *需要新的系统架构 *目前密度低

太阳能还原流电池

光电子转换电极被纳入氧化还原流电池在srfbs。研究和发展可持续发展基金仍处于起步阶段。目前已经出现了一些以有机化合物、金属有机物和铝金属为电活性材料的原型srfbs。下图(10)描述了为该系统建议的两种不同的架构:

优点: 成本效益 *减少可能性过大的业务活动 缺点: 能力低 光电压不足

固体介导流电池

流动电池系统包括氧化还原介质作为电化学反应器和外部储能器之间的电荷载体。由于在外置罐中添加了固体活性材料,已成功地证明SFBS与传统的RFB兼容。氧化还原介质和固体活性材料的氧化还原电位必须非常匹配才能获得更高的能量密度[5]。

优点: 高能量密度 ·低能源成本 缺点: 低电压 机械降解

离子电池(LIBS)与氧化还原流电池(RFB)

离子电池(LIBS)和氧化还原流电池(RFB)是电力储能技术中的常用电池系统。目前,能源储存市场的主要内容是便携式电子设备、电动车辆、甚至小型容量电网系统的电力来源(8.8GWH)[5]。由于维护成本高、安全性受限,RFB被认为是能源储存系统的有效替代物。

在传统的LBS中,电池内部的电极作为电活性材料和电池的结构单元。功率密度和能量密度都取决于电极材料的性质和特性。另一方面,电活性材料外部存储在流动电池和电极中,因为结构单元充当电子的被动源/汇。RFB的功率密度取决于外部储能罐的尺寸,能量密度由储能罐中的电活性材料的质量决定。灵活的模块化设计和操作,高稳定性,平均维护成本和长寿命循环性是RFB的一些特点,使其成为可持续能源发电和储存系统的有前途的候选人[5]。

结论

由于世界人口增长、经济增长和技术进步,目前对能源的需求大幅度增加。据世界统计,全球能源消费量已达到每年约5.80亿泰拉焦耳[6]。据预测,2000年至2024年期间,全球能源使用量将增加77%。

大约83%的能源需求是由化石燃料满足的,过度燃烧的石油和气体正在对自然和环境造成有害影响,导致全球变暖。因此,可再生能源创新在目前全球能源组合的情况下是需要的。2014年,可再生能源供应增加了14.5%。总的来说,太阳能和风能的发电量逐年增加。据预测,到2050年,太阳能和风能将共同占全世界发电量的56%,占所有可再生能源合计发电量的69%[7]。

太阳能和风能等可再生能源的间歇性、灵活性和浪费性意味着所产生的电力需要与适当的设备一起储存,以便根据需求保持平衡和平稳的能源分配。可再生能源储存系统可靠、负担得起和可扩展,对于加速从化石燃料转向可再生能源来源至关重要。可再生能源的一体化以及由此产生的能源储存需求,是开发氧化电池技术的令人鼓舞的工作。