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全釩液流電池儲(chǔ)能專題研究：海闊天空，不同“釩”響

發(fā)布時(shí)間：

2024-03-13 17:48

液流電池是一種具備較大潛力的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。液流電池概念最早由日本科學(xué)家 Ashimura 和 Miyake 于 1971 年提出，1974 年 NASA 科學(xué)家 L. H. Thaller 以 FeCl2 和 CrCl3 作為正 負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)建了全球第一款具有實(shí)際意義的液流電池模型

1.全釩液流電池：潛力巨大的長時(shí)儲(chǔ)能形式

1.1.全釩液流電池是目前技術(shù)成熟度最高的液流電池技術(shù)

液流電池是一種具備較大潛力的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)。液流電池概念最早由日本科學(xué)家 Ashimura 和 Miyake 于 1971 年提出，1974 年 NASA 科學(xué)家 L. H. Thaller 以 FeCl2 和 CrCl3 作為正 負(fù)極活性物質(zhì)構(gòu)建了全球第一款具有實(shí)際意義的液流電池模型。與一般的固態(tài)電池不同，液 流電池的正極和負(fù)極以電解質(zhì)溶液的形式儲(chǔ)存于電池外部的儲(chǔ)罐中，通過正、負(fù)極電解質(zhì)溶 液活性物質(zhì)發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化。液流電池能量密度相 對(duì)較低，但在使用壽命、充放電深度、系統(tǒng)容量等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，因此在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng) 域正得到越來越多的關(guān)注。

全釩液流電池是目前技術(shù)最為成熟、產(chǎn)業(yè)化程度最高的液流電池技術(shù)。根據(jù)電極活性物質(zhì)的 不同，液流電池可分為多種技術(shù)路線，其中已有商業(yè)化應(yīng)用的代表體系包括全釩、鐵鉻、鋅 溴等。從技術(shù)成熟度的角度出發(fā)，目前全釩液流電池處于領(lǐng)先位臵，其最早由澳大利亞新南 威爾士大學(xué)的Skyllas-Kazacos教授及其團(tuán)隊(duì)于1985年開創(chuàng)，日本住友電工、加拿大VRB、 國內(nèi)大連化物所等機(jī)構(gòu)從20世紀(jì)90年代起相繼開始進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的研究，目前國內(nèi)外均有幾 十至百M(fèi)Wh級(jí)別商業(yè)化項(xiàng)目投運(yùn)。相較而言，鐵鉻液流電池存在析氫反應(yīng)和鉻離子電化學(xué) 反應(yīng)活性不足等問題，鋅溴電池的單體容量則相對(duì)有限，目前基本處于工程化示范階段。

1.2.全釩液流電池具備安全、長壽、靈活等多方面優(yōu)勢(shì)

1.2.1.安全性

相較于鋰離子電池，全釩液流電池具有更好的安全性。對(duì)于鋰離子電池而言，一旦電池內(nèi)部 出現(xiàn)短路或工作溫度過高，電解液就極易發(fā)生分解、氣化，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒或爆炸，造成 極大的安全隱患。而全釩液流電池的電解液為釩離子的酸性水溶液，在常溫常壓下運(yùn)行，不 存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)，具有本征安全性。根據(jù)實(shí)證結(jié)果，在理論 100% SOC 下，即便將正負(fù)極 電解液直接互混，溫度由 32℃升至 70℃，全釩液流電池系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生燃燒、起火等風(fēng)險(xiǎn)。 因此，對(duì)于人員密集、規(guī)模比較大、安全性要求較高的儲(chǔ)能場(chǎng)景，全釩液流電池是一種更為 安全可靠的技術(shù)。

全釩液流電池更高的安全性使其可以采取更為緊密的排布方式，從而在項(xiàng)目層面減少土地的 占用。相較于鋰離子電池，全釩液流電池在單體能量密度上存在較大差距，例如大連融科 20 尺儲(chǔ)能集裝箱產(chǎn)品 TPower 的儲(chǔ)能容量為 0.5MWh，而當(dāng)前主流鋰電池儲(chǔ)能集成商的 20 尺 集裝箱系統(tǒng)儲(chǔ)存容量一般超過 3MWh。但是對(duì)于大型儲(chǔ)能項(xiàng)目，鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)需要滿 足更為嚴(yán)格的消防及安全標(biāo)準(zhǔn)，因此在集裝箱的排布上必須留出更大的安全距離。