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液流电池储能家族的绿巨人【资讯】

发布时间:2019-10-09 18:05:24阅读:来源:恒思盛大仪器

风能、太阳能等可再生能源的发展聚集了太多关注,被赋予了太重使命,但可再生能源受自然因素影响,真可谓是“给点阳光就灿烂,给点微风就乱颤”。燥热无风的夏日夜晚,人们真正需要电能以安眠之时,靠风能太阳能发电就是痴人说梦了。是否有相应的能量储备设施把清洁能源存储起来,随时供能?液流电池,绝对是绿色储能的得力助手。

铅酸电池、镉镍电池、锂离子电池、氢镍电池……电池可谓走过了二万五千里长征,种类多得渐欲迷人眼。液流电池最早于1974年由美国科学家Thaller L.H.提出并申请专利,其储能规模介于电网和各种便携式电池之间,恰好填补大型电网和小型电池间的空白,但也有一定限制,在液流电池中用于储存的化学物质不是价格昂贵就是难以保存。例如,钒氧化还原液流电池中,因为钒价格高昂,使得每千瓦时的存储成本很高;钠硫电池运行时内部成分成熔融状态,要求容器耐高温。

液流电池PK传统蓄电池

近些年发展的液流电池凭借其经济环保高效的优势,越来越受到人们青睐。液流电池是一种高性能可再充电的电池,活性物质以液体形式储存在电池体外,既是电极活性物质也是电解质溶液。由于电池的容量是由电池中的活性物质量直接决定的,所以液流电池容量很大;其正负极电解液被分装在两大储液罐中,通过循环泵在电池内外循环流动,载体为液体,在离子交换膜两侧的电极上分别发生还原和氧化反应以产生电流。

全钒离子液流电池是液流电池一个典型代表,功率大小取决于电堆,容量取决于电解液,电堆与液罐分离使钒电池有可能成为城市电动公共汽车的主要能源。全钒离子液流电池的充放电反应为液相反应,不包含复杂的固相变化,深放电达100%且对电池组无危害,贮存寿命长,扩容简易,并且可以快速充电。

相比之下,在汽车和移动设备中所常见的固态电极电池就逊色得多,活性物质是被包裹在固态电极之内,载体为固体,其容量受到了限制。这样在电耗光之前只能保持不到一小时的峰值放电功率。例如,要存储一个一兆瓦的风力涡轮机在50小时内所发的电量(50兆瓦时,或5万千瓦时的电),一种可行的解决方案是买一个50兆瓦时能量存储的固体电极电池。然而只需要1兆瓦能量却要花钱买电容为50兆瓦的电池,太不划算了吧?

领跑前沿的液流电池

哈佛大学的工程师和化学家正在研发一种新型液流蓄电池,这种电池技术让人们看到绿色储能的大好前景:成本效益高,成本低廉,安全绿色不损害生态环境。研究带头人迈克尔·阿齐兹表示使用某种特定有机小分子是技术关键,而这些小分子可以在植物中找到,以极低的价格人工合成,室温下即可存储;此外,它们可以在储能所需的化学状态中高效循环。新一代液流电池可以用于局部能量存储方面,如在房顶配有太阳能板的住宅或办公室的地下室里,或者直接并入风场和太阳场,在边远地区,这项储存太阳能的技术甚至可以超过铅酸蓄电池。

此外,科学家得到启发,将锂离子电池的绿色环保和高能量密度特点与液流电池的输出功率和储能容量可独立设计的优势相结合,设计出新型储能电池——锂离子液流电池。锂离子液流电池是最新的一种化学电池技术,它综合了锂离子电池和液流电池的优点,是一种输出功率和储能容量彼此独立、能量密度大、成本较低的新型绿色可充电池,目前处于技术原理研究和基础技术开发阶段,相关技术研究与发展有望开辟一类安全、环保和低成本的新型储能电池路线,并在未来广泛应用于新能源电网的储能系统。

(作者系北京邮电大学人文学院硕士)

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