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。
锌溴液流电池示意图
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
反应公式
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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;
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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;
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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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