全钒液流电池关键材料研究进展

全钒液流电池是一种新型高效电能转化与储存装置。由于其电池输出功率与储能容量彼此独立,适用于风能、太阳能等可再生能源发电过程和电网调峰过程作为规模化储能装置使用。本文在介绍全钒液流电池原理基础上,重点围绕电池过程的关键材料展开讨论,包括电极材料的种类、各自特点与电极改性方法;电池隔膜材料的筛选结果、材料改性方法等国内外研究进展。     

全钒液流电池用质子传导膜研究进展

全钒液流电池(VRB)作为一种大规模蓄电储能装备,在可再生能源发电和节能技术领域将发挥重要作用。质子传导膜是VRB中的关键材料之一,其作用主要有两方面:传导质子连通电堆内电路;阻止正负极电解液间不同价态钒离子的相互渗透,避免能量损失。质子传导膜性能对电池效率和成本有重要影响。在分析VRB基本原理基础上,阐明质子传导膜需同时满足优良的导电性、阻钒性、稳定性和合理成本等要求。以高分子膜的化学组成与物理结构的演化过程为线索,分别论述三类膜材料,包括Nafion系列膜、非全氟型质子传导膜、纳米尺度孔径的多孔膜。在归纳现有膜材料化学结构、物理性质与电学性能的基础上,阐述高性能质子传导膜的重点研究方向与发展前景。     

全钒液流电池储能系统最新研究进展

阐述了全钒液流电池结构、工作原理和优缺点,综述了学术圈及产业界针对全钒液流电池的电堆、电解液和电池管理系统等关键系统所开展的技术研究最新进展,指出通过提高电堆电密和电解液短流程制备技术,可有效降低液流电池成本。电解液制备流程的改进和降本将是下一步重点研究方向。     

全钒液流电池模拟与仿真研究进展

全钒液流电池(VRB)的模拟和仿真是电池系统设计、放大、控制和优化的基础。根据VRB模型的复杂程度,本文详细介绍了VRB经验和半经验模型的研究内容,重点分析了近年来发展迅速的机理模型研究,对比分析了每个模型的优缺点,指出了VRB模拟和仿真未来的研究方向主要是建立接近真实的模型以及与实际运行控制系统联合,同时模拟仿真的实体也应从单电池向电堆、模块和电池系统发展。     

大规模蓄电储能全钒液流电池研究进展

全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备,不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置,还可以用于电网调峰,提高电网稳定性,保障电网安全。本文综述全钒液流电池的国内外技术发展状况,包括研究开发历史、电池关键材料和典型工艺过程;展望大规模蓄电储能的电池技术未来发展趋势。     

全钒液流电池VO2+离子跨膜渗透行为

采用静止型全钒氧化还原液流电池,利用紫外分光光度法,研究电解液钒离子跨膜渗透行为,讨论浓度、温度、荷电状态(SOC)、电场以及渗透压等对VO²⁺离子跨膜传质的影响,关联相应的钒离子渗透系数。研究结果表明,提高钒电解液浓度可以有效减缓钒离子跨膜传递速率,提高能量效率;适当降低体系温度,可以抑制钒离子的跨膜渗透,减小电池化学短路的发生;VO²⁺离子渗透系数随SOC值增加而迅速减小;正向电场存在会促进VO²⁺离子透膜扩散,加剧电池自放电;隔膜两侧液面渗透压的作用会加速钒离子跨膜渗透,造成电池容量衰减。     

全钒液流电池膜离子选择性传导通道构建的研究进展

全钒液流电池(VFB)具有存储容量大、功率和容量可调、活性物质无交叉污染等优点,在大规模储能领域受到广泛的关注。商业化全氟磺酸膜成本高、离子选择性低的问题,制约了VFB的大规模应用。低成本非氟膜的研究成为主要的研究方向。迄今为止,替代膜面临着离子传导率与选择性之间的权衡问题,同时在强酸性和氧化条件下的化学稳定性也是一个挑战。通过构效关系优化膜内的离子选择性传导通道,是实现高离子选择性传导和高稳定性的关键。本文对基于传统亲水基团的离子选择性传导通道、基于孔径筛分效应的离子选择性传导通道、基于非传统亲水基团的离子选择性传导通道进行分析研究,较为全面阐述了当前VFB膜研究取得的进展及目前面临的问题,并提出了膜内离子选择性传导通道构建的研究方向。     

全钒氧化还原液流电池的发展现状

简要介绍了全钒氧化还原液流电池的工作原理,并对钒电池的组成及其电解液的制备方法和钒电池的分类及市场前景进行了简明叙述。列举了钒电池在国外的商业化情况,并简要分析了国内外钒电池的发展过程和研究现状。中国风能、太阳能等可再生资源储量丰富,对环境友好的大容量存储电池需求迫切,因此认为近几年中国全钒氧化还原液流电池具有良好的发展前景,这将会极大促进中国钒资源的开发。     

全钒液流电池SOC测量技术的现状及改进思路

荷电状态SOC是表示电池储能状态的重要参数。文章分析了全钒液流电池正负极电解液SOC在实际运行中出现偏差的原因,综述了全钒液流电池正负极电解液SOC测量技术的现状及各技术的准确性和局限性,结合目前国内外的最新研究成果,提出了负极电解液SOC测量技术的改进思路。     

全钒液流储能电池技术获突破

日前,上海市高新技术企业神力科技有限公司研制的国内首台5~10 kW高性能全钒液流储能电池(VRB)样机正式投入运行,其储能效率达到70%。神力公司采用了自主开发生产的关键材料——可替代进口的专用离     

全钒液流电池用非氟咪唑型阴离子交换膜的制备

在全钒电池(VFB)用离子交换膜中,阴离子交换膜以其钒离子渗透率低这一主要优势受到了广泛的关注。以N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为溴化试剂,2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,对聚苯醚(PPO)的苄甲基溴化;以N-正丁基咪唑为功能化试剂,制备了一种非氟咪唑型聚苯醚阴离子交换膜。研究了不同N-正丁基咪唑功能化程度的阴离子交换膜的离子传导率、离子交换容量(IEC)、含水率、钒离子传递系数等性能,并与N-甲基咪唑功能化的阴离子交换膜做了对比。结果显示,N-正丁基咪唑功能化聚苯醚阴离子交换膜的钒离子传递系数为4.8×10^-9 cm·min^-1,60℃时离子传导率为10.8 mS·cm^-1,且化学稳定性及力学性能优异,具有在钒电池中应用的潜力。     

全钒液流电池电解液分布的数值模拟

为了提高全钒液流电池双极板流道电解液分布均匀性,考察流体流动行为,本文基于计算流体力学,在传统平直并联流道基础上通过增加倾斜挡板和入口流堰,改进流道结构;同时探究钒电池用电解液在分段式多通道蛇形流道内流体水力学特征。数值模拟结果表明：分段式多通道蛇形流道既可以保持传统蛇形流道流体均匀分配的性能,又能有效降低流阻,减少泵耗;合适的电解液流速及其均匀分布可以优化电解液活性物质浓度分布,提高电解液稳定性,增大钒电池能量效率。     

全钒液流电池开路电压模型

建立全钒液流电池六参数开路电压计算模型,揭示开路电压由电池总电势和VO₂⁺/VO²⁺电极电势决定,并与电解液中钒离子透膜扩散行为密切相关。模型计算得到开路电压存在两个电压平台和一个转折点,与实验结果较为一致。利用该模型计算了电池开路时电解液中4种钒离子浓度随时间的变化关系,指出电池电解液不均衡性是由不同价态钒离子在膜相的Donnan平衡和透膜扩散系数不同产生的。该模型可为优化电池操作提供理论指导,并可为电池长期运行时电解液管理提供工程指导。     

全钒液流电池充电/放电过程模型

建立全钒液流电池充电/放电过程模型,描述钒离子在离子传导膜中渗透产生的自放电现象对电池过程影响,反映电解液中不同价态钒离子浓度随时间变化规律,以及电池开路电压、端电压的时间依存性。通过与实验结果对比,数值模拟与实验结果保持良好一致性,验证所发展的数学模型的有效性。利用数值模拟再现实验结果,研究了充放电电流与电池容量的关系。结果表明：电池容量随电流的变化存在峰值。所建立的全钒液流电池过程模型,为液流电池储能系统的设计和操作提供依据。     

多硫化钠/溴液流电池研究进展

介绍了多硫化钠/溴液流电池(PSB)的原理与特点及其正负极电极材料的制备、离子交换膜改性及电池组等方面的国内外技术发展现状,指出PSB目前急待解决的问题是高性能低成本的离子交换膜、高稳定性的电极材料的研制及电池组结构优化设计。     

木质素磺酸钠作为全钒液流电池添加剂的研究

摘要〖HTSS〗：采用电化学方法分析了不同含量木质素磺酸钠对钒电池正极电解液的影响。交流阻抗、紫外可见光谱和单电池充放电实验验证了木质素磺酸钠添加后的效果。分析结果表明：添加量为0.1% 时,电荷传递电阻由5.446Ω·cm2 减小到1.002Ω·cm2 ,双电层电容由4.16×10-4F·cm-2 减小到1.298×10-4F·cm-2 ,添加不同含量的木质素磺酸钠并没有显著影响激发态波长和吸光度,但是充放电性能显著提高,这表明木质素磺酸钠具有很强的化学及电化学稳定性,有利于提高钒离子的传导和电能的储存。     

Development of a novel redox flow battery for electricity storage system

A novel cylindrical battery which uses carbon fibres with high specific surface area as electrodes and a porous silica glass with high chemical stability as membrane has been fabricated. The results obtained from electrolysis of 0.5 M K₃Fe(CN)₆–0.5 M KCl and of 85 mM V(IV)–1 M H₂SO₄ indicate that the cell possesses excellent electrolytic efficiency. As a redox flow battery (RFB) its performance was investigated by employing all-vanadium sulfate electrolytes. The results of the cyclic voltammetry measurements indicate that at a glassy carbon electrode the electrochemical window for 2 M H₂SO₄ solution could reach 2.0 2.4 V. Constant current charging–discharging tests indicate that the batteries could deliver a specific energy of 24 Wh L^–1 at a current density of 55 mA cm^–2. The open-circuit cell voltage, after full charging, remained constant at about 1.51 V for over 72 h, while the coulombic efficiency was over 91%, showing that there was negligible self-discharge due to active ions diffusion through the membrane during this period.