液流电池国内外研究现状进展

菜单

1 国外研究进展

液流电池，其全称为氧化还原液流电池(Redox flow cell or Redox flow battery），这一技术是1974年被泰勒（L。H。Thaller）发现，而且加以了推广[5]。与一般固态电池存在的差异之处为，液流电池在反应过程中所需要的电解质溶液存放在电池外部的储液罐中，经过泵和管路运输到电池内部参加反应。因此，液流电池的功率和容量可以独立调节。液流电池的成长过程与化学电池有所不同,它不能够在为期较短的阶段内吸引人们的眼球从而使较多的研究人员愿意参与这项研究，因此不能够得到快速的发展。这也说明了人们对于新事物的接受能力还需要进一步地提高。如今,可再生能源不断地被开发和利用,大规模高效蓄能技术的开发和研究已经成为了国际上能源领域的热点。截止到现在，在新能源的范畴内对于液流电池的归类还不是很明晰，在杨院士等提议的一个较为周密、较为契合的液流电池归类规范中，以电解质溶液的数量作为规类依据，液流电池能够分为双液流电池和单液流电池[6]。自液流电池被提议并加以推广以来，相较之下探讨较多的是双液流电池。截至到现在，多个国家研讨开拓并实施的超过一百兆瓦的电池有全钒、锌/溴[7]和多硫化钠/溴电池[8]。多硫化钠/溴液流电池是由美国Institute of Gas Technology发明的[9]，因为选择的电解液价钱相对低廉，是以，曾经被认为是十分适用于建立大规模（10～100MW和80～1000MW·h）蓄电系统。但是由于其离子交换膜的选择性不高，导致电池正负极间的电解质溶液相互掺混，使得电池的效率大为降低，同时也导致电池的寿命明显缩短，所以国际上终止了该储能体系的研究和开发应用。相较之下，近几年来，全钒液流电池储能系统的研究开发、工程化及产业化不断地取得重要的进展。德国、奥地利以及其他的国家已经完成了一系列的实验，打算将全钒液流储能体系运用到光伏发电及风能发电中去。86935

在目前提出的各类液流电池体系中，虽然有些进行了商业化的生产，但是仍然存在着局限性，比如：能量损耗严重、电解液污染等。而液流电池发展过程中面临的主要问题是双液流电池体系需要隔膜将电池里的正极与负极的电解液隔开，而目前隔膜不仅价格高而且寿命短，这些都限制了它的发展。针对这一问题，二零零四年Pletcher D[10]与其科研团队提议采用单个电解液而无需离子交换膜的全沉积型铅酸液流电池，这被认为是最早的单液流电池。该电池的电解液为酸性的甲基磺酸铅水溶液，其活性物质采用二价铅离子，是因为其能高度溶解于甲基磺酸水溶液中。该电池中Pb2+与PbO2组成正极反应电对，与Pb组成负极反应电对。充电时负极材料上出现二氧化铅堆积，正极材料上出现金属铅堆积；放电时沉积物转化溶解为原有物质再次回到溶液中。在0摄氏度到40摄氏度的范围内，Pb和PbO2都不能在甲基磺酸（CH4O3S）水溶液中发生溶解。C2H6O6PbS2处于25摄氏度的CH4O3S中时溶解度可以达到2M，而在电池使用的过程中Pb2+的浓度可以是1。5M[11]。这个系统的可逆性很好，并且电池的正极和负极上的化学反应良好。因其提出时间早，拥有充足的时间来开展研究并得到发展，到现在为止这一液流电池依旧在单液流储能电池体制中占有重要位置。论文网

2 国内研究进展

我们国家对液流电池的基础研讨起步相对早一些，在二十世纪八十年代接近尾声的时候就已经着手相应的实验。实验包含了对全钒液流电池的小规模模型开展充放电的功能检测，为首的有北京大学和中国地质大学。在不同的电极材料的条件下，研究钒电解质溶液的电化学反应的可逆性及快速充放电的性能，完成这一研究的是广西大学。东北大学通过在电解液中加入合适数目的Na2SO4和甘油来增加V2+在电解液中的溶解度，使溶液的稳定性获得升高[2]。可是因为资金的问题，在液流电池的研发过程中曾经出现过中断的情况。