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新型液流电池寿命超过10年 或用来驱动汽车

2017-02-24 09:59:32举报


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美国科研人员日前在《美国化学学会·能源通讯》杂志上报告说,他们研发出一种新型液流电池,可通过溶解在中性ph值水中的有机分子来存储电能,使用寿命预计超过10年,较当前的电池技术取得巨大进步。这项成果使无毒、无腐蚀性且使用寿命超长的电池成为可能,并有望大幅降低生产费用。

液流电池是一种新的蓄电池,液流电池是利用正负极电解液分开,各自循环的一种高性能蓄电池,具有容量高、使用领域(环境)广、循环使用寿命长的特点。


虽然并非首款液流电池,但它修复了此前设计的许多问题,例如容量退化过快。其窍门是,通过改造电解质、二茂铁和紫罗碱中的分子结构,让其更稳定,具有水溶性,并且抗退化。当这些物质在中性的水中溶解时,合成溶液经过1000次充电才会损失1%的容量。这种电池没有腐蚀性,造价更低,成为工业使用的理想候选者,如存储风能和太阳能。

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是具有流动性的液体电解质溶液,由于大量的电解质溶液可以存储在外部并通过泵输送到电池内反应,液流电池的规模相对于普通蓄电池可以大幅提高。电池内的正、负极电解液由离子交换膜隔开,在充、放电过程中,电解液中的活性物质离子在惰性电极表面发生价态的变化。


液流电池具有以下特点:(1)额定功率和额定容量是独立的,功率大小取决于电池堆,容量大小取决于电解液。可通过增加电解液的量或提高电解质的浓度,达到增加电池容量的目的;(2)充放电期间电池只发生液相反应,不发生普通电池的复杂的固相变化,因而电化学极化较小;(3)电池的理论保存期无限,储存寿命长。因为只有电池在使用时电解液才是循环的,电池不用时电解液分别在两个不同的储罐中密封存放,没有普通电池常存在的自放电及电解液变质问题。但电池长期使用后,电池隔膜电阻有所增大,隔膜的离子选择性有所降低,这些对电池的充放电及电池性能有不良影响;(4)能100%深度放电但不会损坏电池;(5)电池结构简单,材料价格相对便宜,更换和维修费用低;(6)通过更换荷电的电解液,可实现“瞬间再充电”;(7)电池工作时正负极活性物质电解液是循环流动的,因而浓差极化很小。


液流电池原理图

国际上液流电池代表品种主要有4种,即铁铬电池、多硫化钠/溴电池、锌-溴体系及全钒电池。其中,全钒氧化还原液流电池,简称钒电池,是目前发展最好的液流电池。其工作原理是,通过采用不同价态的钒离子溶液分别作为正负极活性物质,通过外接泵把溶液从储液槽压入电池堆体内完成电化学反应,之后溶液又回到储液槽,液态的活性物质不断循环流动。钒氧化还原电池所有的反应物都在溶液中,其储能容量与输出功率无关。因此钒电池可以很容易地实现储能容量的经济扩容。钒电池可以通过更换电池堆进行重复使用,电解液和储能罐也能重复使用。钒电池的充放电效率约为75%,电池单元的输出响应很快,可以在几毫秒内完成从0功率运行到满功率输出,由于系统中其他设备的限制,钒电池系统的输出响应时间大约20ms。液流电池具有能量转换效率高、循环寿命长、蓄电容量大、选址自由、可深度放电、系统设计灵活、安全环保、维护费用低等优点。钒电池作为储能电源主要应用在电厂(电站)调峰以平衡负荷,大规模光电转换、风能发电的储能电源以及作为边远地区储能系统,不间断电源或应急电源系统。


液流电池未来也可以应用在新能源汽车上,在今年的日内瓦车展上,Nanoflowcell公司将发布最新研发的Quant48Volt概念车,续航里程超过1000千米。Quant 48Volt采用的是48伏的低电压技术,车上共有4个功率为140kW的低电压发动机,在其共同协作下能够提供760马力的最大功率;从静止加速到100km/h仅需要短短的2.4秒。最高时速则是被电子限制在了300km/h。Quant 48Volt之所以能够爆发出这么大且持久的能量多亏其搭载了一枚可调控的移动液流电池。和传统的普通电池不一样,这种液流电池通过电解质来给自己充电。(图文来源:盖世汽车网)