液流储能电池技术研究进展

液流储能电池技术是一种高效、大规模电化学储能技术,在风能、太阳能等可再生能源发电、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景。本文重点对全钒、多硫化钠-溴和锌-溴液流储能电池的工作原理、特点、国内外研究现状及发展趋势进行了综述,并对其他探索性液流储能电池体系进行了介绍。提出了制约液流储能电池技术发展瓶颈问题,展望了液流储能电池未来发展趋势。     

提升液流电池能量密度的策略

液流电池因为具有高储能效率,低成本,以及可解耦的能源储存和功率输出设计,被广泛认为是适用于大型储能的首选技术。但是长期以来,液流电池在电网中的大规模部署一直受限于现有的金属基活性材料的高成本和较低的储能密度。因其潜在的低成本,丰富的原材料来源,高度可调的分子结构,具有氧化还原活性的有机分子作为潜在的液流电池活性材料,受到越来越多的关注。本文首先介绍了液流电池的工作机制,以提升非水系有机液流电池的储能密度的策略为重点,总结了非水系液流电池中有机活性材料的研究进展。并讨论了这些策略存在的问题和未来的发展方向。     

电解液流速对锌镍单液流电池性能的影响简

通过电化学测试、扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析研究了电解液流速、电流密度和锌沉积面容量三者关系及对锌镍单液流电池充放电性能和负极锌沉积形貌的影响. 结果表明,锌沉积面容量是影响锌镍单液流电池充放电效率和负极锌沉积形貌的最主要因素,电解液流速不宜过高或过低. 随着锌沉积面容量的增大,电池的充放电效率和循环稳定性对电流密度的变化更为敏感,适宜的电解液流速范围变窄. 锌沉积面容量在25 mA·h/cm2以上,锌沉积皆呈海绵状. 在较低锌沉积面容量下,电解液流速也较低时,海绵锌沉积较为均匀致密. 而在高的锌沉积面容量下,海绵状锌沉积的团簇和颗粒变大,不均匀性加重,仅在适中的电解液流速(7.1 L/min)下,锌沉积部分致密规整,电池具有较好的充放电性能.     

无机水系液流电池研究

液流电池具有安全性高、循环寿命长以及环境友好等优势,被认为是大规模储能技术的首选技术之一,能够解决太阳能、风能等可再生能源发电不连续、不稳定的瓶颈问题,推动可再生能源的大规模应用,助力碳达峰、碳中和目标的实现。其中无机水系液流电池具有能量效率高、循环性能稳定、技术成熟等优势,是目前工程应用最为广泛的液流电池。本文介绍了无机水系液流电池的技术现状及其示范应用情况,系统阐述了新型无机水系液流电池的原理、技术现状及其挑战,同时对无机水系液流电池未来的技术创新与突破进行了展望,为无机水系液流电池的发展指明了方向。     

电解液流速对锌镍单液流电池性能的影响

通过电化学测试、 扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析研究了电解液流速、 电流密度和锌沉积面容量三者关系及对锌镍单液流电池充放电性能和负极锌沉积形貌的影响. 结果表明, 锌沉积面容量是影响锌镍单液流电池充放电效率和负极锌沉积形貌的最主要因素, 电解液流速不宜过高或过低. 随着锌沉积面容量的增大, 电池的充放电效率和循环稳定性对电流密度的变化更为敏感, 适宜的电解液流速范围变窄. 锌沉积面容量在25 mA·h/cm²以上, 锌沉积皆呈海绵状. 在较低锌沉积面容量下, 电解液流速也较低时, 海绵锌沉积较为均匀致密. 而在高的锌沉积面容量下, 海绵状锌沉积的团簇和颗粒变大, 不均匀性加重, 仅在适中的电解液流速(7.1 L/min)下, 锌沉积部分致密规整, 电池具有较好的充放电性能.     

有机氧化还原液流电池的研究进展

氧化还原液流电池（简称液流电池）是一种正在积极研制开发的新型大容量电化学储能装置,其活性物质是流动的电解质溶液,最显著的特点是规模化蓄电. 在广泛利用可再生能源的呼声高涨形势下,可以预见液流电池将迎来一个快速发展的时期. 氧化还原活性物质是液流电池能源转化的载体,也是液流电池中最核心的部分.传统液流电池利用无机材料作为活性物质,然而,无机材料成本高、毒性、资源有限、形成枝晶和电化学活性低等缺点限制了液流电池的大规模应用. 有机活性物质由于具有成本低、“绿色”、资源丰富、分子能级易于调节和电化学反应快等优点,引起了国内外的广泛关注. 近年来,有机液流电池的性能得到快速提升,一系列有机活性物质相继被开发出来. 本文梳理了近年来有机液流电池的研究进展. 首先简要介绍了液流电池的应用领域和技术特点;然后根据电解液种类的不同,详细讨论了有机活性物质在水系和非水系液流电池的应用情况;最后展望了有机液流电池走向实际应用所面临的挑战和潜在研究方向.     

单液流锌镍电池锌负极性能及电池性能初步研究

对单液流锌镍电池锌电极在电解液流动状态下,电沉积锌形貌随电流密度的变化进行表征,结果表明,随充电电流密度的增大电沉积锌层逐渐致密化,没有枝晶生成.组装了容量为2Ah的电池,并进行长时间充放电性能研究.测试结果该电池的平均充电电压为1.84 V,平均放电电压1.65 V,平均库仑效率达到96%,能量效率达到了86%.     

全钒液流电池储能技术开发与应用进展

大规模储能技术是实现大规模可再生能源普及应用和支撑智能电网建设的核心技术. 全钒液流电池（Vanadium Flow Battery, VFB）因其寿命长、安全性好、配置灵活、响应速度快、建设周期短、对环境影响低等突出优势,成为大规模电化学储能技术的首选. 美、日、欧等发达国家都在积极推动大型全钒液流电池技术和装备的研发. 本文重点介绍了由大连融科储能技术发展有限公司和中科院大连化学物理研究所开发的集装箱式全钒液流电池系统的测试结果,对迄今全球最大规模的5 MW/10 MWh全钒液流电池系统的运行情况进行了总结,最后指出通过进一步技术开发与规模化生产,降低其成本、提高其可靠性和电化学性能,是全钒液流电池技术和产业发展的主要方向.     

全钒液流电池离子导电膜

随着可再生能源技术的不断发展,全钒液流电池作为具有较大发展前景的大规模储能装置,受到了国内外的广泛关注.离子导电膜作为全钒液流电池重要的组成部件之一,对于电池的性能、使用寿命和成本有着关键性的影响.根据国内外的研究报道,本综述详细介绍了全钒液流电池离子导电膜的科研与应用进展以及所面临的技术难题,为高性能、低成本、长寿命...     

钒液流电池用隔离膜研究进展

钒液流电池是近年来发展最为迅猛的储能电池之一。隔膜作为钒电池的重要组成部分直接关系到钒电池的转化储能效率和使用寿命。本文综述了近年来钒电池用隔离膜的发展现状。全氟磺酸质子交换膜(Nafion膜)作为当前使用最为广泛的隔膜,从传导机理、交换机理和表面涂覆、交联、复合等表面改性技术方面入手做了深入的研究,并对比分析了各种改性方法的优缺点。对磺化的特种工程塑料为主的非氟耐热型质子交换膜和功能化的聚烯烃隔膜在钒电池中的当前进展做了全面总结,并对钒液流电池用电池隔膜的发展方向做了展望。     

The renaissance in redox flow batteries

Although redox flow batteries were invented as early as 1954, no system development took place until NASA demonstrated an Fe/Cr redox flow battery system in 1970s. In hibernation for several years, redox flow battery systems have begun to catch the attention of policy makers globally. The resurrection of redox flow batteries rests heavily on their techno-economic feasibility as large-scale energy storage systems for emerging grid network that are being developed by climate change mitigation industries, namely, wind and solar. This article reviews various redox flow battery technologies with a cost and market prognosis.     

液流电池研究进展

和通常熟悉的以固体或气体材料作电极的化学电源不同,液流电池的活性物质是流动着的电解质溶液,是一种可实现规模化储能的电化学装置.本文简要综述液流电池的发展历史及其研究现状,瞻望发展前景,并提出它存在的主要问题.     

可规模储能的沉积型单液流电池研究进展

与全钒等双液流电池相比,沉积型单液流电池不使用离子交换膜等昂贵材料,结构简化,比能量提高,适合于不同规模的储能场合,研究渐多.本文介绍了沉积型单液流电池的原理与特点及其结构组成,以笔者实验室工作为主,综述了各沉积型单液流电池新体系的研究进展及存在的问题,并指出目前单液流电池待解决的问题是高比容量、高稳定性电极材料和电堆...     

Membranes and separators for redox flow batteries

Ion-exchange membranes are performance- and cost-relevant components of redox flow batteries. Currently used materials are largely ‘borrowed’ from other applications that have different functional requirements. The trend toward higher current densities and the complex transport phenomena of the different species in flow batteries need to be taken into consideration for the design of next-generation membrane/separator materials. In this article, the key requirements and current development trends for membranes and separators for the vanadium redox flow battery are highlighted and discussed.     

Radical Compatibility with Nonaqueous Electrolytes and Its Impact on an All‐Organic Redox Flow Battery

Nonaqueous redox flow batteries hold the promise of achieving higher energy density because of the broader voltage window than aqueous systems, but their current performance is limited by low redox material concentration, cell efficiency, cycling stability, and current density. We report a new nonaqueous all‐organic flow battery based on high concentrations of redox materials, which shows significant, comprehensive improvement in flow battery performance. A mechanistic electron spin resonance study reveals that the choice of supporting electrolytes greatly affects the chemical stability of the charged radical species especially the negative side radical anion, which dominates the cycling stability of these flow cells. This finding not only increases our fundamental understanding of performance degradation in flow batteries using radical‐based redox species, but also offers insights toward rational electrolyte optimization for improving the cycling stability of these flow batteries.     

全钒氧化还原液流电池中电极材料的研究评述

全钒氧化还原液流电池是一种新型的蓄电池 ,较之传统蓄电池有许多的优点 ,本文介绍了钒电池中的两类电极材料 (金属类和复合类 )的发展情况     

Anthraquinone with tailored structure for a nonaqueous metal-organic redox flow battery

A nonaqueous, hybrid metal-organic redox flow battery based on tailored anthraquinone structure is demonstrated to have an energy efficiency of ~82% and a specific discharge energy density similar to those of aqueous redox flow batteries, which is due to the significantly improved solubility of anthraquinone in supporting electrolytes.     

Towards an all-vanadium redox flow battery with higher theoretical volumetric capacities by utilizing the VO~(2+)/V~(3+) couple

An all-vanadium redox flow battery with V(IV)as the sole parent active species is developed by accessing the VO~(2+)/V~(3+)redox couple.These batteries,referred to as V4RBs,possess a higher theoretical volumetric capacity than traditional VRBs.Copper ions were identified as an effective additive to boost the battery performance.     

Metal coordination complexes in nonaqueous redox flow batteries

The ongoing search for new electroactive materials for next-generation redox flow batteries has within the last decade encompassed metal–ligand coordination chemistry. Here, we review the handful of metal coordination complexes proposed as redox flow battery electrolytes. We highlight examples with careful ligand design, driving research towards higher energy density storage materials. Metal coordination complexes designed to be highly soluble not only in the initial redox state but also in all charged states accessed during the battery cycle give particularly impressive performances. Optimisation of flow cell conditions for metal coordination complexes remains largely unexplored, with most complexes screened in nonideal H-cell experiments with little investigation into membrane and electrode materials.