储能技术 第4章 电化学储能.pptVIP

最后一页为本章小结 * 最后一页为本章小结 *  4.4液流电池 液流电池的原理 液流电池单体包括：正、负电极；薄膜、及其与电极围成的电极室；电解液储罐、泵和管道系统。 液流电池的正极和负极电解液分别装在两个储罐中，利用送液泵使电解液通过电池循环。在电堆内部，正、负极电解液用离子交换膜（或离子隔膜）分隔开，电池外接负载和电源。 液流电池技术通过反应活性物质的价态变化实现电能与化学能相互转换与能量存储。 在液流电池中，活性物质储存于电解液中，具有流动性，电池功率与容量设计相对独立，适合大规模蓄电储能需求。 */46 液流电池工作原理图 液流电池储能系统实物图 4.4液流电池 */46 全钒液流电池 全钒液流电池以五价钒和四价钒离子的硫酸溶液为正极电解液，以三价钒和二价钒离子的硫酸溶液为负极电解液，由离子交换膜隔开。 电池电能以化学能的方式存储在不同价态钒离子的硫酸电解液中，通过循环泵把电解液压入电池堆内，在机械动力作用下，使其在不同的储液罐和半电池的闭合回路中循环流动，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双极板收集和传导电流，从而使得存储在溶液中的化学能转换为电能。 正极电对：V(Ⅴ)/V(Ⅳ) 负极电对：V(Ⅲ)/V(Ⅱ) 全钒液流电池工作原理图 4.4液流电池 */46 铁铬液流电池 正极电对：V(Ⅴ)/V(Ⅳ) 负极电对：V(Ⅲ)/V(Ⅱ) 铁铬液流电池工作原理图 4.4液流电池 */46 锌溴液流电池 锌溴氧化还原液流电池是一种将能量储存在溶液中的电化学系统。 正负半电池由隔膜分开，两侧电解液为ZnBr2溶液。在动力泵的作用下，电解液在储液罐和电池构成的闭合回路中进行循环流动。 充电过程中，负极锌以金属形态沉积在电极表面，正极生成溴单质；放电时在正负极上分别生成锌离子和溴离子。 正极电对：V(Ⅴ)/V(Ⅳ) 负极电对：V(Ⅲ)/V(Ⅱ) 锌溴液流电池工作原理图 4.4液流电池 */46 液流储能电池作容量调节范围宽、充放电效率高、循环寿命长、响应迅速和环境友好的储能技术，有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。不同液流电池主要特点及应用范围如表所示： 液流电池类型 特点 应用 全钒液流电池 能量密度较低，成本过高。 削峰填谷、需求响应、延缓电力系统升级改造、偏远地区供电、分布式发电、智能电网与微电网等场景。 锌溴液流电池 能量密度高、材料成本较低且对环境友好。 相对集中于工/商业用户、偏远地区、军方等用户侧场景。 铁铬液流电池 电池成本较低且无污染，制备较为容易。 可再生能源发电平滑输出、跟踪计划发电、需求响应、延缓电力系统升级改造、偏远地区供电、分布式发电、智能电网与微电网等场景。 液流电池实物图  4.4液流电池 液流电池的特点 液流电池和通常以固体作电极的普通蓄电池不同，液流电池的活性物质以液体形态储存在于两个分离的储液罐中，由泵驱动电解质溶液在独立存在的电池堆中反应，电池堆与储液罐分离，在常温常压运行，因此安全性高，没有潜在爆炸风险。液流电池特点如表所示： 优势 劣势 (1) 长服役寿命：充放电循环次数＞10000次，日历寿命可达20年。充放电无衰减，电解液通过再平衡可永久使用。 (2) 通用性：电池的输出功率和容量由于彼此独立设计，液流电池可以定制化设计，易于扩容。 (3) 安全性高：液流电池电解液由不可燃材料组成，正常工作下电池起火可能性极低。 (4) 响应速度快、自放电率低且对环境友好 (1) 系统相对复杂：液流电池储能系统需要泵、传感器、流量和电源管理，以及储罐。 (2) 能量密度低：液流电池能量密度相比其他电化学储能技术较低。 */46  4.4液流电池 液流电池的分类 根据参与反应的活性物质的不同，液流电池可以分为全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池、铁/铬液流电池、钒/多卤化物液流电池、锌/铈液流电池和半液流电池。 电池种类 技术成熟度 能量密度 功率密度 功率等级 持续发电时间 全钒液流电池 示范 15-40Wh/kg 50-100W/kg 0.03-10MW 秒-小时 锌溴液流电池 示范 65Wh/kg 200W/kg 0.05-2MW 秒-小时 铁铬液流电池 示范 15-40Wh/kg 50-100W/kg 0.03-10MW 秒-小时 电池种类 能量转换效率 自放电率 循环次数 服役年限 响应速度 全钒液流电池 75-85% 低 15000次 20年 毫秒级 锌溴液流电池 75-80% 10%/月 5000次 10年 毫秒级 铁铬液流电池 75-85% 低 15000次 20年 毫秒级 */46  4.4 液流电池 液流电池的能量转换效率 液流电池充放电效率应为评价周期内，储能单元净放电量与充电量加上充电过程辅助能耗之和的比值，按下式计算：