储能领域的八种液流电池 | 一文读懂

日期: 2024-05-02 14:04:38|浏览: 73|编号: 63083

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储能领域的八种液流电池 | 一文读懂

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01 铁铬液流电池

它是最早提出的液流电池技术。 它最初得到美国能源部的支持,并由美国国家航空航天局(NASA)的科学家进行研究。

2019年11月,国家电投集团科学技术研究院有限公司(国电投中央研究院)研制的首台31.25kW铁铬液流电池电堆(“融和一号”)成功下线生产线。 2020年12月,250MW/1.5MW·h液流电池光伏储能示范项目建成。

铁铬液流电池仍存在一些技术问题,如:负极的析氢问题降低了电池的能量效率; 正负极电解液的交叉污染会降低电池容量和效率,导致所使用的离子导电膜需要高选择性,目前进口全氟磺酸膜成本较高; 铬的氧化还原性能较差,电池的最佳工作温度较高。

02 全钒液流电池

是目前商业化程度最高、技术最成熟的液流电池技术。 1978年,意大利等首次在专利中提及全钒液流电池。 全钒液流电池是目前最成熟的液流电池技术。 它们具有能量效率高(>80%)、循环寿命长(>20,000次循环)、功率密度高的特点。 适用于大中型储能场景。 但对于全钒液流电池来说,钒电解液的成本约占电池成本的60%,这大大提高了初期投资门槛。

国外代表企业:日本住友电工株式会社、北美UET公司(被redT合并)、德国公司、巴西Largo公司(收购Vionx);

国内代表企业:北京普能世纪科技有限公司(与国际知名的加拿大VRB集团合并)、大连融科储能技术开发有限公司、湖南银丰新能源有限公司、乐山盛嘉电气有限公司、国家能源集团、陕西华银科技有限公司、上海电气集团、中国东方电气集团有限公司等全钒液流电池研发企业。

03 锌溴液流电池

它首先由美国埃克森美孚公司发明。 电池正极采用Br-/Br2电对,负极采用Zn2+/Zn电对。 当正极充电时,Br-被氧化成Br2单质。 Br2单质会与溶液中的有关物质结合并沉降到电解质溶液的底部。 因此,锌溴液流电池是单次沉积液流电池。 锌溴液流电池是除全钒液流电池之外商业化较为成功的液流电池技术。 从国外应用来看,早期的锌溴液流电池由于其优秀的模块化设计、成本低、安全性高等特点,更多用于用户侧套利和提高供电稳定性,使用规模较小。 近年来,可再生能源的快速发展带动了锌溴液流电池在发电侧和电网侧的大规模应用。

代表公司有美国ZBB公司、电力公司、住友电工、澳大利亚公司等。

国内在技术和产品开发方面具有代表性的企业主要有北京百能汇通科技有限公司、安徽美能储能系统有限公司、陕西华银、特变电工股份有限公司等公司。

相关文献表明,锌溴液流电池的循环寿命可达6000次以上,能量效率可达70%。 储能4小时的锌溴液流电池系统成本为2000~3000元/(kW·h)。

04 锌镍单液流电池

它由防化所成杰研究员和杨玉生院士于2007年开发,结合​​了锌镍二次电池和液流电池的优点。 与锌溴单液流电池的结构类似,锌镍单液流电池的正负极采用相同的电解液,无需离子交换膜,结构简单。

从产业化来看,国内主要有超威集团、张家港智电青年公司和大连化学物理研究所。 在海外,美国纽约城市大学和英国埃塞克斯大学分别于2009年和2016年开发出这项技术。

在应用方面,锌镍液流电池仍处于商业示范阶段。 实验室阶段的锌镍液流电池综合性能较好,也已开展初步应用示范。 但由于镍价的快速上涨,锌镍单液流电池的价格竞争力迅速减弱,技术的开发和部署也相对停滞。 阶段。 在技​​术层面,锌枝晶和堆积导致电池短路、寿命降低的问题还需要进一步研究。 锌镍单液流电池正负极面积和容量较低,功率和容量无法完全解耦,电池正极成本较高。 确保更长寿命的烧结镍问题需要解决。

目前,据相关厂商资料显示,锌镍单液流电池的循环寿命可达10000次以上,能源效率可达80%。 锌镍单液流电池系统成本约为2600~3500元/(kW·h)。

05 锌铁液流电池

碱性锌铁液流电池于1981年提出,后来又出现了中性和酸性锌铁液流电池,但后两者尚未达到工程应用的水平。 碱性锌铁液流电池开路电压高,与多孔膜和多孔电极配合可在高电流密度下长时间循环; 酸性锌铁液流电池充分利用了铁离子在酸性介质中的高溶解度,电化学性能稳定,但负极侧受pH影响较大。 中性锌铁液流电池因其无毒、无害、环境温和等特点逐渐受到人们的关注。 与多孔膜结合可有效降低电池成本。 无论哪种类型的锌铁液流电池,负极侧都存在锌枝晶和表面容量有限的缺点,这些都成为锌铁液流电池产业化过程中必须考虑的问题。

在美国,锌铁液流电池的商业应用开始较早,在源端、电网端、负载端都有应用案例。 美国VIZn公司就是其中的代表公司之一。 国内,重庆新和启越科技有限公司与长沙理工大学研发团队开展了锌铁液流电池的产业化工作,设计了相应的样机,并推进了相关器件的国产化。 大连化学物理研究所与金尚新能源科技集团有限公司自主研发的10kW碱性锌铁液流电池储能示范系统将于2020年在金尚新能源科技有限公司工厂投运。

从技术上来说,锌铁液流电池与其他沉积型电池和锌电池相同。 它们面临着锌枝晶与功率和容量无法完全解耦、负极容量较低的问题。 同时,作为一种较为新型的液流电池,锌铁液流电池及离子导电膜等相关部件的产业链还不够成熟,这也极大地制约了其商业推广和应用。

根据文献和相关厂商信息,锌铁液流电池的循环寿命可达15000次以上,能量效率可达80%。 2018年,VIZn声称其锌铁液流电池系统安装成本低于2300元/(kW·h)。 目前,锌铁液流电池的能源成本可达200​​0元/(kW·h)左右。

06锌空气液流电池

北京化工大学潘俊清教授于2009年提出了锌空气液流电池。这种电池在充电过程中,正极发生析氧反应,锌离子会以金属锌的形式沉积在金属负极上。电极; 放电过程中,正极发生氧还原反应,负极上的锌溶解并以锌离子的形式储存在电解液中。 中间。

目前,加拿大ZINC8公司和美国EOS公司是锌空气液流电池研发的代表公司。 国内北京化工大学、江苏沃泰福能公司等公司也开展了相关研究工作,但距离产业化还有一定距离。

从技术上来说,锌空气液流电池和大多数其他锌液流电池一样,也面临着锌枝晶的问题。 同时也面临着电流密度低、析氧还原双效催化剂开发不完善的问题。

目前,ZINC8声称其锌空气液流电池循环寿命超过2万次,能源效率达到65%。 EOS声称其产品循环寿命高达5000次,能源效率达到65%-75%。 根据ZINC8官网与EOS近期签署的合同数据,其4小时储能产品成本分别约为2000元/(kW·h)和1100元/(kW·h)。

07全铁液流电池

1981 年对其进行了描述。铁比钒具有更高的可用性和更低的成本。 全铁氧化还原液流电池分为酸性体系和碱性体系。 酸性全铁氧化还原液流电池商业化发展相对成熟。

目前,全铁液流电池商业化的公司是北美的ESS公司。 除了开发全钒液流电池外,德国公司还与相关大学合作开发全铁液流电池(称为铁盐电池,iron-salt)。 ,但尚未达到商业应用阶段。

全铁液流电池的技术问题主要在于负极与铁铬液流电池类似的析氢反应以及需要抑制氢氧化铁沉淀的形成。 这些问题会大大降低电池的运行效率,降低电池容量,并有堵塞离子导电膜的风险。 国内利用该系统进行液流电池的研究和商业化开发的报道较少。

上述技术路线对比如下:

08高性能锌基液流电池

此外,2022年7月6日,中国科学院金属研究所研究人员基于对碘氧化还原反应机理的深入理解,提出了一种基于聚碘络合物的碘正极溶液,有效解锁了碘正极溶液的制备方法。提高了碘正极的容量,实现了锌碘液流电池的高能量、长期循环运行。

改进后的锌碘液流电池放电容量显着提高58%,能够以70%的能量效率稳定循环600次,为开发高性能锌碘液流电池提供了新途径。

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综上所述

1、从长远来看,全钒氧化还原液流电池将在储能方向上成为锂电池的替代品。 全钒液流电池是目前应用最广泛的液流电池技术,具有适合大规模储能、能量转换效率高、循环寿命长、充电方便等优点。 电池系统的功率和容量相互独立,适合大规模储能场景。 同时,全钒氧化还原液流电池具有良好的充放电性能和较高的能量转换效率。

2、从下游应用场景来看,液流电池主要应用于电网调峰、应急发电装置、电动汽车电源等领域。

3、国家政策层面,随着国家“双碳”目标的确立和能源结构调整的加快,新能源发电装机容量不断增加,相应的储能需求也在不断上升。 根据国家发改委、能源局《关于加快新能源存储发展的指导意见》,2025年我国新能源存储装机规模将达到30GW以上,储能装机需求将快速成长。 目前,不少地方政府都对新能源发电项目的分配和存储比例提出了要求。 与抽水蓄能相比,电化学储能电站建设周期短,不受地理条件限制,因此其普及率正在逐步提高。 与此同时,政府还出台了一系列政策鼓励新型储能技术的发展。 2022年2月,国家发改委、国家能源局联合印发《“十四五”新能源储能发展实施方案》,将百兆瓦液流电池技术纳入新能源发展重点“十四五”存储核心技术与装备研究。 方向之一。 6月,两部门联合发布《关于进一步推动新能源储能参与电力市场和调度应用的通知》,明确了新能源储能作为独立储能的市场地位。 这些政策的出台对电化学储能产业具有重要的推动作用。

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