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液流电池多孔离子传导膜研究进展

化工学报 2023年第1期74卷 192-204页

作者：鲁文静李先锋中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部辽宁大连116023

液流电池具有安全性高、性价比高、寿命长、环境友好等特点,是大规模储能的首选技术之一。离子传导膜是液流电池的关键材料之一,其性质和成本与液流电池储能系统的性能和成本直接相关。多孔离子传导膜基于“尺寸筛分”效应实现对活性物... 详细信息

液流电池具有安全性高、性价比高、寿命长、环境友好等特点,是大规模储能的首选技术之一。离子传导膜是液流电池的关键材料之一,其性质和成本与液流电池储能系统的性能和成本直接相关。多孔离子传导膜基于“尺寸筛分”效应实现对活性物质的隔离和对载流子的传导,具有选择性高、离子传导性高和稳定性好等特点,在液流电池中具有良好的应用前景。通过多孔离子传导膜的结构调控,可以进一步优化多孔离子传导膜的选择性、传导性等性能,从而推动液流电池的产业化。本文基于多孔离子传导膜的研究进展,总结不同多孔离子传导膜的修饰策略,包括成膜参数的调节、混合基质多孔离子传导膜的制备、复合多孔离子传导膜的制备和后处理,为离子传导膜进一步的结构调控和性能优化提供理论指导。

关键词：再生能源分离液流电池膜

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液流电池钛基负极电解液在不同温度下的电化学性能

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化工学报 2015年第S1期66卷 287-291页

作者：李鸿鹏潘建欣李雪李保山王树博谢晓峰北京化工大学理学院北京100029 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

探究了钛基-盐酸水溶液体系电解液的电化学性能。分别采用循环伏安法、电化学交流阻抗法和动电位扫描法研究了不同温度下电解液电对的电化学反应的可逆性和反应的内部作用机理,以及Ti Cl3的盐酸水溶液体系在石墨电极上的反应平衡电位、... 详细信息

探究了钛基-盐酸水溶液体系电解液的电化学性能。分别采用循环伏安法、电化学交流阻抗法和动电位扫描法研究了不同温度下电解液电对的电化学反应的可逆性和反应的内部作用机理,以及Ti Cl3的盐酸水溶液体系在石墨电极上的反应平衡电位、交换电流、传递系数等电极反应的动力学参数。循环伏安结果表明温度上升有利于体系的电化学反应的可逆性,40℃时反应的可逆性最好。交流阻抗实验结果采用LRs(Q(RctW))等效电路模型进行了拟合,结果显示随着温度由10℃上升至40℃,电化学阻抗Rct值由4.192Ω·cm2降低到0.5321Ω·cm2,表明温度上升可以显著降低电对在石墨电极上的电化学反应阻抗。动电位测试结果发现Ti(Ⅲ)/Ti(Ⅳ)的平衡电位随温度上升发生正方向的偏移,可能是由于温度上升使得Ti在HCl溶液中的形态发生变化;交换电流也随温度上升而增加是由于温度上升有促进电极表面电化学反应的电荷传递。各种电化学测试结果显示Ti Cl3的HCl水溶液是一种有应用前景的液流电池负极电解液。

关键词：液流电池钛基电解液电化学反应动力学

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液流电池堆分析与计算程序

储能科学与技术 2024年第3期13卷 879-892页

作者：李昂李晓蒙李京浩张谨奕国家电投北京和瑞储能科技有限公司北京102209

液流电池图形用户界面(graphic user interface,GUI)整合了电池堆内部电流分布、流体阻力、稳态自然对流散热、结构封装压力和螺柱选型。基本满足研发人员独立进行多学科计算的要求,能初步评估一款电池堆的性能。多分堆构型液流电池堆... 详细信息

液流电池图形用户界面(graphic user interface,GUI)整合了电池堆内部电流分布、流体阻力、稳态自然对流散热、结构封装压力和螺柱选型。基本满足研发人员独立进行多学科计算的要求,能初步评估一款电池堆的性能。多分堆构型液流电池堆的等效电路图采用网格法进行简化,并结合基尔霍夫电压定律求解恒流运行时的循环电流,并进一步计算出堆内逐节电池的实际通过电流、板框流道内的旁路电流,以及堆内主通道内汇总的旁路电流。电池堆流体阻力受板框流道设计、外接管路、电极参数和液位落差影响。矩形流道的达西摩擦系数采用经验方程计算,可将湍流阻力计算误差控制到10%,层流阻力计算误差极低,局部阻力系数采用达西3K参数式估算。电极流阻受电解液流经长度、电极渗透率和电解液黏度的影响。由于渗透率公式的计算结果偏离实验测量值较大,所以界面设定为实测值输入。电池堆按照有保温和无保温考虑在集装箱内的自然对流稳态散热,需要的输入参数包括电池堆的几何尺寸、保温层厚度、环境温度和堆内温度。封装力计算所用的单电池结构是板框配合内嵌盖板的形式。力主要用于找平板材翘曲、将密封垫压入密封槽、抵消内部液体压力和材料热膨胀,再以此进行螺柱选型。

关键词：液流电池仿真电流流体热力

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液流电池冷热电储综合能源系统优化设计

储能科学与技术 2023年第3期12卷 870-877页

作者：郑新于浩郭霄宇周颖左元杰刘雨佳北京和瑞储能科技有限公司北京102209

针对北方某园区办公建筑物提出了基于光伏发电、铁-铬液流电池储能、热泵冷热双供、水储能等关键技术的冷热电储综合能源系统方案,并对能源系统进行全年逐时能耗分析和效益分析,通过编写计算程序、优化算法等处理方法,考虑了初投资、全... 详细信息

针对北方某园区办公建筑物提出了基于光伏发电、铁-铬液流电池储能、热泵冷热双供、水储能等关键技术的冷热电储综合能源系统方案,并对能源系统进行全年逐时能耗分析和效益分析,通过编写计算程序、优化算法等处理方法,考虑了初投资、全年能耗、运行成本、节能率、全生命周期成本等评价指标,开展迭代优化设计。结果表明:当储罐体积为920 m^(3)、热泵台数为14台时,热泵储能耦合方案为最优,全生命周期成本为1347.08万元。利用铁-铬液流电池储能系统进行储电储热、水储能系统储热储冷,使得全年平均光伏用电占全部用电的65.3%。在冷热能源供应层面,储能供应占全部供冷供热能量的67%以上,其中3月、9月、11月实现100%储能供能。

关键词：液流电池综合能源储能效益分析

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全钒液流电池用质子传导膜研究进展

化工学报 2013年第2期64卷 427-435页

作者：青格乐图郭伟男范永生王保国清华大学化学工程系化学工程联合国家重点实验室北京100084

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... 详细信息

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。

关键词：液流电池质子传导离子交换膜钒离子渗透

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无机水系液流电池研究

化学进展 2022年第6期34卷 1402-1413页

作者：南明君乔琳刘玉琴张华民马相坤大连海事大学材料科学与工程系大连116026 中国科学院大连化学物理研究所大连116023

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... 详细信息

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。

关键词：液流电池无机水系液流电池液-液型液流电池液-沉积型液流电池

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基于3D固态负极的铁铅单液流电池研究

化学学报 2022年第1期80卷 56-62页

作者：张竹涵蒋峰景吴珂科申鹏上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海发电设备成套设计研究院有限责任公司上海200240

低成本的大规模电化学储能技术对于清洁可再生能源的高效利用具有重要意义.设计了一种3D结构的铅负极,并在此基础上构建了铁铅单液流电池.其中采用硫酸亚铁/硫酸铁和铅/硫酸铅分别作为电池的正、负极活性物质,硫酸水溶液为电解液.负极... 详细信息

低成本的大规模电化学储能技术对于清洁可再生能源的高效利用具有重要意义.设计了一种3D结构的铅负极,并在此基础上构建了铁铅单液流电池.其中采用硫酸亚铁/硫酸铁和铅/硫酸铅分别作为电池的正、负极活性物质,硫酸水溶液为电解液.负极采用高导电的乙炔黑构建了具有多孔结构的导电网络,并通过加入硫酸钡或腐殖酸等添加剂显著提升了电池性能.该电极的设计可以有效避免负极枝晶、析氢和不可逆硫酸化等问题.通过对乙炔黑含量的研究发现,负极中乙炔黑含量为活性物质质量的12.5%时,电池显示出最佳性能,能显著提高电池的能量效率、活性物质利用率和倍率性能.在20 mA/cm^(2)的电流密度下,负极比容量可以达到89.3 mAh/g,电流效率与能量效率分别达到了99.3%和88.6%,且有稳定的循环性能.此外,此电池活性物质的估算成本仅为53.27$/kWh,在各种储能电池体系中具有成本优势,因此作为低成本大规模电化学储能的电池技术,铁铅单液流电池具有较好的研究前景.

关键词：铁铅电池液流电池大规模储能电化学储能水系电池

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操作与结构参数对锌溴液流电池性能的影响

工程热物理学报 2024年第11期45卷 3517-3523页

作者：王天虎刘如祎王光绪张业奇华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 华北电力大学数理学院北京102206

由于能量密度高、成本低和循环寿命长等优点,锌溴液流电池成为大规模储能技术的候选者之一。但目前关于锌溴液流电池的建模工作比较缺乏,操作及结构参数对电池性能的影响规律和相关储能机理揭示还不够充分。基于此,本文建立了锌溴液流... 详细信息

由于能量密度高、成本低和循环寿命长等优点,锌溴液流电池成为大规模储能技术的候选者之一。但目前关于锌溴液流电池的建模工作比较缺乏,操作及结构参数对电池性能的影响规律和相关储能机理揭示还不够充分。基于此,本文建立了锌溴液流电池的二维瞬态模型,对电流密度、压缩电极厚度及电极活性面积对电池性能的影响进行了研究。结果表明,电池过电势随电流密度增加而增大;压缩电极厚度会减小电池的欧姆损失,但会增大浓度极化;随着电极活性面积增加,会增大电池的欧姆损失和浓度极化,造成电池的能量效率降低。该工作有益于理解锌溴液流电池的储能特性,也可为高性能电池设计提供理论指导。

关键词：液流电池能量密度数值建模电池设计

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提升液流电池能量密度的策略

物理化学学报 2022年第6期38卷 4-16页

作者：从广涛卢怡君深圳大学化学与环境工程学院低维材料基因工程研究院广东深圳518060 香港中文大学机械与自动化工程系电化学能源与界面实验室中国香港999077

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... 详细信息

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。

关键词：具有氧化还原活性的有机分子液流电池储能密度功率输出密度

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