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《全釩液流電池及其三個(gè)組件.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、全釩液流電池一、引言儲(chǔ)能技術(shù)物理儲(chǔ)能超導(dǎo)儲(chǔ)能化學(xué)儲(chǔ)能飛輪儲(chǔ)能揚(yáng)水儲(chǔ)能壓縮空氣儲(chǔ)能超導(dǎo)磁鐵儲(chǔ)能鉛酸電池納硫電池二次電池（鋰離子電池、鎳氫電池）氧化還原液流電池建造受地域條件限制大,能量在儲(chǔ)存和釋放過程中損耗嚴(yán)重,效率較低,并一次性投入費(fèi)用高放電時(shí)間短、技術(shù)昂貴深度放電的循環(huán)壽命短,比能量低，在生產(chǎn)和回收過程中會(huì)帶來很大的環(huán)境污染需在高溫下運(yùn)行,存在較大的安全隱患價(jià)格昂貴和髙溫穩(wěn)定性差,適用于小型便攜式電池電池容量不受電堆大小的限制；自放電程度??；壽命高；能量效率高圖1各種儲(chǔ)能技術(shù)的適用的儲(chǔ)能容量和應(yīng)用領(lǐng)域氧化還原電池的概念最早在1971年由日
2、本Ashimura和Miyake提出。1973年,美國(guó)國(guó)家航空宇航局(NASA)的Lewis研究中心開始對(duì)氧化還原液流電池進(jìn)行研究。1974年,Thaller提出了一個(gè)以Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅱ)/Cr(Ⅲ)為氧化還原電對(duì)的氧化還原液流電池模型。此后,隨著液流電池的發(fā)展,陸續(xù)出現(xiàn)了Ti/Fe、Zn/Br、V/Br和Fe/Br等氧化還原液流電池。其中Fe-Cr電池是研究的重點(diǎn)體系,研究結(jié)果表明：Cr(Ⅱ)/Cr(Ⅲ)的可逆性差,且沒有合適的隔膜解決Fe和Cr嚴(yán)重相互污染的問題,難以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。為此人們研究開發(fā)了單一金屬溶液為電解質(zhì)的電
3、池,如Cr系、Co系、Ce系和V系。但是結(jié)果表明以釩電解液為活性物質(zhì)的液流電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)。二、工作原理釩是一種過渡元素,原子序數(shù)為23，位于元素周期表中d區(qū)第四周期第V副族，價(jià)電子結(jié)構(gòu)為3d34S2,因而可以形成V(Ⅱ)、v(Ⅲ)、V(Ⅳ)和V(Ⅴ)四種價(jià)態(tài)。釩液流電池正是利用V(Ⅱ)/V(Ⅲ)和V(Ⅳ)/V(Ⅴ)兩對(duì)氧化還原電對(duì)分別作為負(fù)極和正極組成的二次充電電池。其中負(fù)極溶液為V(Ⅱ)和V(Ⅲ)電解液，正極溶液為V(Ⅳ)和V(Ⅴ)電解液，并分開儲(chǔ)存。電池結(jié)構(gòu)主要由電極、隔膜、集流體和端板組成。石墨氈由于比表面積大、耐酸腐蝕和導(dǎo)電性較
4、好，一般用作電極材料；隔膜為質(zhì)子交換膜，主要將電池內(nèi)部分成正極室和陰極室及通過質(zhì)子的交換實(shí)現(xiàn)電池內(nèi)部的導(dǎo)電；集流體采用耐腐燭和導(dǎo)電性較好的導(dǎo)電塑料板；端板采用聚氯乙烯板。電池充放電過程中，電解液通過泵的循環(huán)作用，流經(jīng)石墨氈電極,并在其表面進(jìn)行電子交換反應(yīng)，而后再流回儲(chǔ)液罐。V4+、V5+V2+、V3+圖2全釩液流電池的工作原理電極反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)差正極VO2++H2O-e-VO2++2H+Eθ=1.00V(vs.NHE)負(fù)極V3++e-V2+Eθ=-0.26V(vs.NHE)總反應(yīng)VO2++H2O+V3+VO2++2H++V2+ChargeDi
5、schargeChargeDischargeChargeDischarge表1全釩液流電池的正負(fù)極反應(yīng)電極材料，是全釩液流電池的不可或缺的部分，是活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的場(chǎng)所，其本身并不參與反應(yīng)。由于電解液具有強(qiáng)酸性和強(qiáng)氧化性，電極材料必須具備良好的電化學(xué)催化活性和導(dǎo)電性以及優(yōu)良的抗強(qiáng)氧化性、抗腐蝕性和三、電極材料機(jī)械強(qiáng)度。目前，電極材料主要分為金屬電極、碳素電極和復(fù)合電極三種。電極材料金屬電極碳素電極復(fù)合電極主要包括Au、Pt、Pd、Ti、Pb等金屬，其優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電性好、抗腐蝕性強(qiáng)、機(jī)械性強(qiáng)。缺點(diǎn)是易鈍化、價(jià)格昂貴、電化學(xué)可逆性差。主要包括
6、石墨、玻碳、石墨氈等是碳素材料與高分子基體相互混合而制成，具有優(yōu)良的電化學(xué)性能和應(yīng)用前景隔膜在釩電池中的地位非常重要，一直制約著釩電池的發(fā)展，它的功能是分離正負(fù)極電解液以防止電池短路，同時(shí)允許電荷載體(H+，HSO4-等)自由通過保證正負(fù)兩極電荷平衡而構(gòu)成電池回路。理想的電池隔膜應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）釩離子透過率低，交叉污染小，降低電池自放電，提高能量效率。（2）離子透過率高，膜電阻小，電壓效率高。（3）具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，耐化學(xué)腐蝕、耐氧化，循環(huán)壽命較長(zhǎng)，價(jià)格低。（4）電池充放電時(shí)水透過量小，保持陽極、陰極電解液的水平衡。四、隔膜隔膜材料
7、含氟離子膜非氟離子膜多孔隔膜全氟硫磺質(zhì)子交換膜偏氟乙烯接枝膜全氟乙烯接枝膜聚芳醚類聚合物膜其他材料制備方法物理溶解法化學(xué)還原法電解法五、電解液的制備直接將高純VOSO4固體溶于H2SO4制備電解液。此法工藝復(fù)雜，價(jià)格昂貴，難以大規(guī)模生產(chǎn)。利用還原劑和高價(jià)的釩氧化物或釩酸鹽發(fā)生氧化還原反應(yīng)來制備電解液。操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)速率快，但反應(yīng)不完全，導(dǎo)致容量密度和能力密度有所下降。在陰、陽極電解槽中分別加入V2O5與H2SO4混合溶液和H2SO4溶液，然后通過恒流裝置通入直流電流，在電解槽中發(fā)生還原、氧化反應(yīng)。適合大規(guī)模生產(chǎn)。六、應(yīng)用全釩液流電池具有能量
8、效率高、壽命長(zhǎng)、無污染、安全性高等優(yōu)勢(shì)，因此，它有著廣泛的用途：可用于電網(wǎng)調(diào)峰、平衡負(fù)荷，在用電低峰期大規(guī)模的將發(fā)電廠的大量富余電能儲(chǔ)存，在用電高峰期進(jìn)行供電；與光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)
