新聞動态

NEWS

新聞動态

高(gāo)性能(néng)全釩液流電(diàn)池儲能(néng)技(jì)術(shù)研究取得(de)新進展

發布時(shí)間(jiān)：

2024-03-13 17:53

全釩液流電(diàn)池儲能(néng)技(jì)術(shù)通(tōng)過不(bù)同價态的(de)金(jīn)屬釩離(lí)子(zǐ)相(xiàng)互轉化(huà)實現(xiàn‌)電(diàn)能(néng)的(de)存儲與釋放(fàng)，其本質安全、設計(jì)靈活、成熟度高(gāo)，是(shì)雙碳戰略下(xià)國(guó)家(jiā‌)電(diàn)力系統長(cháng)時(shí)儲能(néng)領域首選的(de)電(diàn)化(huà)學儲能(n✔éng)技(jì)術(shù)路(lù)線。

全釩液流電(diàn)池儲能(néng)技(jì)術(shù)通(tōng)過不(bù)同價态的(de)金(jīn)屬釩離(lí)子(zǐ)相₩(xiàng)互轉化(huà)實現(xiàn)電(diàn)能(néng)的(de)存儲與釋放(fàng)，其本質安全、設計(jì)靈活、成熟度高♥(gāo)，是(shì)雙碳戰略下(xià)國(guó)家(jiā)電(diàn)力系統長(cháng)時(shí)儲能(néng)領域首選的(de)電(diàn)化Ω(huà)學儲能(néng)技(jì)術(shù)路(lù)線。

“新一(yī)代100MW級全釩液流電(diàn)池儲能(néng)技(jì)術(shù)及應用(yòng)示範”作(zuò)為(wèi)國(guλó)家(jiā)十四五重點研發計(jì)劃支持項目，對(duì)高(gāo)性能(néng)全釩液流電(diàn)池儲能(néng)系統運行(xíng)提出了(le)更高(gāoγ)的(de)性能(néng)要(yào)求。而電(diàn)極系統作(zuò)為(wèi)釩離(lí)子↔(zǐ)電(diàn)化(huà)學氧化(huà)還(hái)原反應發生(shēng)的(de)媒介←，其傳質特性與活化(huà)特性直接決定了(le)全釩液流電(diàn)池的(de)轉換效率。因此，開(kāi)發适用(yòng)于工(gōng)程化(huà)應用(yòn¥g)的(de)電(diàn)極結構優化(huà)策略與材料調控方法，是(shì)實現(xiàn)高(gāo)性能(nλéng)全釩液流電(diàn)池運行(xíng)的(de)基礎與核心。

近(jìn)期，中國(guó)科(kē)學院金(jīn)屬研究所材料腐蝕與防護中心腐蝕電(diàn)化(huà)學課題組在高(gāo)性能(néng)全釩液流電(diàn)池儲能(nén§g)技(jì)術(shù)研究領域取得(de)一(yī)系列新進展。研究人(rén)員(yuán)在深入理(lǐ)解電(diàγn)池極化(huà)特性的(de)基礎上(shàng)，以電(diàn)極系統傳質特性和(hé)電(diàn)化(huà)學活性為(wèi÷)切入點、以工(gōng)程化(huà)應用(yòng)為(wèi)導向，先後通(tōng)過引入流場(chǎng)優化(huà)設計&(jì)和(hé)電(diàn)極改性調控，顯著降低(dī)了(le)電(diàn)池濃差極化(huà)與活化(huà)極化(huà)，實現(xiàn)了‍(le)全釩液流電(diàn)池高(gāo)性能(néng)長(cháng)循環運行(xíng)，相(xiàng)關研 究結果相(xiàng)繼發表在Chemical Engineering Journal和(hé)Journal of Materials Chemistry A上(shàng)，碩士生(shēn•g)郝歡歡、張啓安分(fēn)别為(wèi)論文(wén)的(de)第一(yī)作(zuò)者，唐奡為(wλèi)論文(wén)的(de)通(tōng)訊作(zuò)者。

全釩液流電(diàn)池正負極以不(bù)同價态釩離(lí)子(zǐ)為(wèi)活性物(wù)質，以水(shuǐ)系溶液為(wèi)支持電(diàn)解質，具有(yǒu)環境友(yΩǒu)好(hǎo)和(hé)容量可(kě)恢複等優勢，但(dàn)受電(diàn)極內(nèi)部活性≠物(wù)質傳質特性和(hé)流阻的(de)局限，目前高(gāo)功率全釩液流電(diàn)池電(diàn)堆運行(xíng)仍面臨挑戰。針對(duì)這(zhè)一(yī)問(wèn)題♥，研究人(rén)員(yuán)通(tōng)過有(yǒu)限元仿真與實驗相(xiàng)結合的(de)方式，通(tōng)過在電(™diàn)極系統中引入結構化(huà)流場(chǎng)設計(jì)，開(kāi)展傳質、傳動量與電(diàn)化(huà)學反應多(duō)物(wù)理(lǐ)場(chǎng)耦合作(z‍uò)用(yòng)下(xià)的(de)電(diàn)池內(nèi)部模拟分(fēn)析（圖1），成功優化(hu​à)了(le)高(gāo)電(diàn)流密度下(xià)電(diàn)極內(nèi)部的(de)傳質特性，協同降低(dī)了(le)電(diàn)池濃差極£化(huà)與流動阻力，有(yǒu)效提升了(le)高(gāo)電(diàn)流密度下(xià)單電(diàn)±池的(de)轉換效率，且對(duì)32kW電(diàn)堆的(de)動态模拟預測顯示，電(diàn)堆在2♦00 mA cm-2高(gāo)電(diàn)流密度下(xià)恒流運行(xíng)系統轉換效率可(kě)大(dà)幅提升約15™%（圖2），相(xiàng)關研究為(wèi)實現(xiàn)高(gāo)功率電(diàn)堆設計(jì)與開(kāi)發提供了(le)新方法新途徑，相(xiàng)關研究∏結果以“Regulating flow field design on carbon felt electr≈ode towards high power density operation of vanadium flow batteries”為(wèi¶)題發表于Chemical Engineering Journal,2022,450,138170。

傳質特性的(de)優化(huà)在提升全釩液流電(diàn)池高(gāo)功率運行(xíng)方面展示了(le)顯著效果，但(dàn)全釩液流電(diàn)池∞負極側V2+/V3+遲緩的(de)電(diàn)化(huà)學動力學特性，仍然一(yī)定程度制(zhì)約≈了(le)全釩液流電(diàn)池高(gāo)功率運行(xíng)下(xià)的(de)轉換效率。針對(duì)這(zhè)一(yī)問(wèn)題，研究人(rén)員(yuán)在課題組前期π雜(zá)原子(zǐ)摻雜(zá)調控電(diàn)極的(de)研究基礎上(shàng)（Energy Storage Materials,2021,34,301;Journal o≤f Materials Chemistry A,2021,9,17300）,提出了(le)工(gōng)程化(huà)易操作(zuγò)的(de)基于固-固轉化(huà)的(de)電(diàn)脫氧工(gōng)藝方法，在堿性條件(jiàn)下(xià)通(tō♥ng)過還(hái)原塗覆在電(diàn)極纖維界面Bi2O3粉末，制(zhì)備了(le)具有(yǒu)高(gā☆o)氧化(huà)還(hái)原可(kě)逆性的(de)Bi負載電(diàn)極（圖3），顯著提升了(le)負極V2+/V3+電(diàn)化(huà)學動力學≤特性，理(lǐ)論計(jì)算(suàn)進一(yī)步揭示了(le)V-3d和(hé)Bi-6p軌道(dào)雜(z á)化(huà)作(zuò)用(yòng)對(duì)電(diàn)荷轉移過程的(de)促進作(zuò)用(yòng)，以此為(wèi)基礎組裝的(de)全電(diàn)池實♥現(xiàn)了(le)350 mA cm-2電(diàn)密下(xià)450個(gè)循環73.6%的(de)穩定能(néng)量轉換效率輸出（圖4），400 mA cm-2高(gāo)'電(diàn)密下(xià)運行(xíng)轉換效率有(yǒu)效提升近(jìn)10%，為(wèi)高(gāo)功率電(diàn)堆開(kāi)發提供了(le)技(jì)術(✔shù)支撐，相(xiàng)關研究結果以“Boosting anode kinetics in vanεadium flow batteries with catalytic bismuth nanoparticle decorated carbon felt via •electro-deoxidization processing”為(wèi)題發表于Journal of Ma↓terials Chemistry A,2023,DOI:10.1039/D2TA09909H。