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新型液流電池壽命超過10年 或用來驅動汽車

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年04月02日  

美國科研人員日前在《美國化學學會·能源通訊》雜志上報告說,他們研發出一種新型液流電池,可通過溶解在中性ph值水中的有機分子來存儲電能,使用壽命預計超過10年,較當前的電池技術取得巨大進步。這項成果使無毒、無腐蝕性且使用壽命超長的電池成為可能,并有望大幅降低生產費用。


液流電池是一種新的蓄電池,液流電池是利用正負極電解液分開,各自循環的一種高性能蓄電池,具有容量高、使用領域(環境)廣、循環使用壽命長的特點。


雖然并非首款液流電池,但它修復了此前設計的許多問題,例如容量退化過快。其竅門是,通過改造電解質、二茂鐵和紫羅堿中的分子結構,讓其更穩定,具有水溶性,并且抗退化。當這些物質在中性的水中溶解時,合成溶液經過1000次充電才會損失1%的容量。這種電池沒有腐蝕性,造價更低,成為工業使用的理想候選者,如存儲風能和太陽能。


液流電池和通常以固體作電極的普通蓄電池不同,液流電池的活性物質是具有流動性的液體電解質溶液,由于大量的電解質溶液可以存儲在外部并通過泵輸送到電池內反應,液流電池的規模相關于普通蓄電池可以大幅提高。電池內的正、負極電解液由離子交換膜隔開,在充、放電過程中,電解液中的活性物質離子在惰性電極表面發生價態的變化。


液流電池具有以下特點:(1)額定功率和額定容量是獨立的,功率大小取決于電池堆,容量大小取決于電解液。可通過新增電解液的量或提高電解質的濃度,達到新增電池容量的目的;(2)充放電期間電池只發生液相反應,不發生普通電池的復雜的固相變化,因而電化學極化較小;(3)電池的理論保存期無限,儲存壽命長。因為只有電池在使用時電解液才是循環的,電池不用時電解液分別在兩個不同的儲罐中密封存放,沒有普通電池常存在的自放電及電解液變質問題。但電池長期使用后,電池隔膜電阻有所增大,隔膜的離子選擇性有所降低,這些對電池的充放電及電池性能有不良影響;(4)能100%深度放電但不會損壞電池;(5)電池結構簡單,材料價格相對便宜,更換和維修費用低;(6)通過更換荷電的電解液,可實現“瞬間再充電”;(7)電池工作時正負極活性物質電解液是循環流動的,因而濃差極化很小。


液流電池原理圖


國際上液流電池代表品種重要有4種,即鐵鉻電池、多硫化鈉/溴電池、鋅-溴體系及全釩電池。其中,全釩氧化還原液流電池,簡稱釩電池,是目前發展最好的液流電池。其工作原理是,通過采用不同價態的釩離子溶液分別作為正負極活性物質,通過外接泵把溶液從儲液槽壓入電池堆體內完成電化學反應,之后溶液又回到儲液槽,液態的活性物質不斷循環流動。釩氧化還原電池所有的反應物都在溶液中,其儲能容量與輸出功率無關。因此釩電池可以很容易地實現儲能容量的經濟擴容。釩電池可以通過更換電池堆進行重復使用,電解液和儲能罐也能重復使用。釩電池的充放電效率約為75%,電池單元的輸出響應很快,可以在幾毫秒內完成從0功率運行到滿功率輸出,由于系統中其他設備的限制,釩電池系統的輸出響應時間大約20ms。液流電池具有能量轉換效率高、循環壽命長、蓄電容量大、選址自由、可深度放電、系統設計靈活、安全環保、維護費用低等優點。釩電池作為儲能電源重要應用在電廠(電站)調峰以平衡負荷,大規模光電轉換、風能發電的儲能電源以及作為邊遠地區儲能系統,不間斷電源或應急電源系統。


液流電池未來也可以應用在新能源汽車上,在今年的日內瓦車展上,Nanoflowcell公司將公布最新研發的Quant48Volt概念車,續航里程超過1000千米。Quant48Volt采用的是48伏的低電壓技術,車上共有4個功率為140kW的低電壓發動機,在其共同協作下能夠供應760馬力的最大功率;從靜止加速到100km/h僅要短短的2.4秒。最高時速則是被電子限制在了300km/h。Quant48Volt之所以能夠爆發出這么大且持久的能量多虧其搭載了一枚可調控的移動液流電池。和傳統的普通電池不相同,這種液流電池通過電解質來給自己充電。


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