液流电池是一种可再充电电池,适用于规模化应用的电化学储能技术,其工作原理基于电解质液体中的离子交换,具有安全性好、深充放寿命长、降成本空间大的特点。液流电池根据使用的电解质不同衍生出全钒液流电池、锌基液流电池、铁基液流电池、水系液流电池等等。

其中,锌溴液流电池是目前技术成熟度最高的一类锌基液流电池体系。锌溴液流电池是为数不多的两类正、负极两侧电解液组分一致的液流电池体系,属于单沉积型液流电池,因此不存在电解液的交叉污染,此外电解液再生简单的特点。

锌溴液流电池储能系统介绍

锌溴液流电池示意图

锌溴液流电池储能系统介绍
锌溴液流电池的工作原理 

锌溴液流电池的正负电极分别由纯的金属锌和液态溴构成,中间通过半透膜分隔开来。

充电模式:

锌离子由电解液析出,纯锌沉积在负极上溴离子失去电子,氧化成为液溴分子后立刻变为络合溴沉积到液罐底部

放电模式:

电极上的锌溶解成为锌离子,络合溴打散并被还原成为溴离子

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反应公式

锌溴液流电池储能系统介绍
锌溴液流电池系统组成 

锌溴液流电池主要分为三个部分:电堆、液路循环及辅助系统和电力电子系统。

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电堆:

电堆是锌溴电池系统进行电化学反应的部件,是能量交换的场所,是储能系统的最小单元。每个电堆由终端电极、隔离膜、双极板以及紧固螺栓装配而成。

液路循环及辅助系统:

液路系统包括有电解液,储液罐,管路与阀门,泵与散热器。跟钒电池相比,锌溴电池的管路基本是简单直接的连接,没有太多复杂的设计。液路系统好比是储能系统的后勤部,它将储液罐内的活性物质通过泵和管道源源不断地输送到电堆,确保能量交换顺利进行。

锌溴液流电池储能系统介绍

图源:Redflow官网

电力电子系统:

电力电子包括直流转换器(DC/DC)、电池管理系统(BMS)以及监控系统。电力电子是储能系统的大脑,是储能系统必不可少的一部分。

DC/DC负责将电堆出口的低压直流电直接转换成高压直流,直流母线再通过PCS,实现与电网的互动。

BMS主要采集电池的电压、电流以及温度压力信号,实时判断电池的运行状态,为运行控制提供逻辑支撑。

监控系统是一个人机交互界面,该系统通过主机,将重要监控参数显示出来,并提供报警,便于人工操作和维护。

锌溴液流电池储能系统介绍

锌溴液流电池储能系统介绍
锌溴液流电池的特点 

①本质安全:溴化锌电解液是水基,也是自然的阻燃剂;电池主体结构的主要成分为塑料,通过有效的热管理和智能化控制,从根本上杜绝爆燃事故发生。

锌溴液流电池储能系统介绍

恒安储能制图

②低成本:锌和溴是地球上储量最丰富的电极反应对元素之一;电池材料主要使用工程塑料;模块可通过自动化产线规模化生产来大幅降本;电池容量不会随使用时间而衰减。

锌溴液流电池储能系统介绍

恒安储能制图

③长寿命:正负极电解液均为溴化锌溶液,理论使用寿命无限;电池可频繁进行100%深度充放电,对性能及寿命均无影响;深充放循环寿命超万次,可通过更换电堆延长寿命。

④宽温域:锌溴液流电池适用工作环境温度为-30°C-50°C,宽温域保证了储能系统运行效率以及系统的稳定性,增加产品在极端环境下的适应性。

锌溴液流电池储能系统介绍

⑤环保:电解液可重复使用,无需回收;电池主体结构由HDPE塑料制成,不使用任何稀有元素或重金属,回收利用方便,对环境友好。
锌溴液流电池储能系统介绍
锌溴液流电池的应用及主要挑战 

应用:

锌溴液流电池安全、长寿命以及能够在大规模储能中表现出色,可适用于发电侧、输配电测、用电侧。

锌溴液流电池储能系统介绍

挑战:
  • 溴的强腐蚀性对电池材料(电极框、储液罐、密封垫)的要求很高,这会增加体系的材料成本;

  • 络合态溴电对的电化学活性较差,无法获得较高的工作电流密度,导致电池功率密度偏低;

  • 由于溴的挥发性较强,其会透过隔膜与负极的锌直接反应造成电池的自放电,影响电池效率和容量。
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国内外布局企业及机构 

  • 中国科学院
  • 江苏恒安储能科技有限公司(安境能源(南京)有限公司)
  • 北京华科储能科技有限公司
  • 温州锌时代能源有限公司
  • 河南新蔡县龙门实验室
  • 汉华卓越(珠海)实业有限公司
  • 山东星港智慧能源科技有限公司
  • 山东晖能新能源有限公司
  • Primus(美国)
  • Redflow(澳大利亚)
  • Primus Power(美国)
  • ZBB Energy 公司
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液流电池(Flow Battery)是一种可充电电池,它通过液体电解质的流动来存储电能。与传统的固态电池(如锂离子电池)不同,液流电池的能量存储组件(电解质)是分离的,通常储存在外部容器中,在充放电过程中通过电池单元循环。
液流电池是一种活性物质存在于液态电解质中的电池技术,电解液在电堆外部,在循环泵的推动下流经电堆,实现化学能与电能的转换。国际上液流电池主要有全钒液流电池、锌溴电池、铁铬电池、多硫化钠溴电池4种技术路线。
其中全钒液流电池目前产业链建设和技术成熟度相对较高。全钒液流电池系统由功率单元(电堆),能量单元(电解液和电解液储罐),电解液输送单元(管路、阀、泵、传感器等辅助部件)以及电池管理系统等组成。其中,电堆由离子交换膜、电极、双极板、电极框、密封等材料构成。液流电池生产线包括(双极板,膜裁切,碳毡裁切,电堆堆叠组装)等。欢迎申请加入微信群。
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作者 808, ab