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硫基液流电池寿命短,难普及应用于大型电网储能
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硫基液流电池寿命短,难普及应用于大型电网储能

2021-05-07 17:08:21 来源:中(zhong)国基建(jian)报(bao) 点击:756

【哔(bi)哥(ge)哔(bi)特导读】香港中文大(da)学(xue)机(ji)械与自(zi)动化(hua)工程(cheng)学(xue)系副教授卢怡君教授领导的(de)研究(jiu)团队成功研发一款可(ke)用于硫基液流电池(chi)(以硫化(hua)物为材料的(de)液流电池(chi))的(de)新型(xing)(xing)「电荷增强型(xing)(xing)离子选择性膜」(CRIS)。

香港中文大学机械与自动化工程学系副教授卢怡君教授领导的研究团队成功研发一款可用于硫基液流电池(以硫化物为材料的液流电池)的新型「电荷增强型离子选择性膜」(CRIS)。利用新技术,电池在没有明显容量衰减情况下,运作时间大幅提高至逾2000小时,每次充满电后可持续使用达15小时,解决了长久以来这类电池因使用寿命短、成本高,而未能普及应用于可再生能源大型电网储能的难题,令液流电池的商业化迈进一大步。研究结果已刊登于国际顶尖期刊《自然》(Nature Energy)。

电池

【硫基液流电池寿命短,难普及应用于大型电网储能】

水系液流(liu)电(dian)(dian)池(chi)是(shi)一种新(xin)颖的储能(neng)技(ji)术,由两种处(chu)于(yu)溶液态的电(dian)(dian)解液通过(guo)离子交换(huan)来产生电(dian)(dian)能(neng)。相比传统锂离子电(dian)(dian)池(chi),液流(liu)电(dian)(dian)池(chi)的优势(shi)在(zai)于(yu)安全、电(dian)(dian)量输出(chu)功率大、设计灵活,适合用(yong)于(yu)风能(neng)、太阳能(neng)等再生能(neng)源的电(dian)(dian)网储能(neng)装置,以及可快速换(huan)电(dian)(dian)的电(dian)(dian)动(dong)交通工具等。然而,液流(liu)电(dian)(dian)池(chi)的能(neng)量密度(du)低且成(cheng)本高(gao),较难应(ying)用(yong)于(yu)大型电(dian)(dian)网储能(neng)技(ji)术。

有(you)鉴于此(ci),卢教授的(de)(de)(de)团队早于2016年研发出(chu)一(yi)种利(li)用(yong)廉价且(qie)环保(bao)的(de)(de)(de)硫化(hua)物为基(ji)础(chu)的(de)(de)(de)多硫化(hua)物-碘液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi),大幅提升液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)能(neng)量密度和降低(di)成本,是一(yi)种极具潜力的(de)(de)(de)新型液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)。不过,这款电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)采用(yong)一(yi)般商业用(yong)的(de)(de)(de)离子选择性(xing)膜,如应(ying)用(yong)于储能(neng)需求较大的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)网储能(neng)装置,仍存(cun)在活(huo)性(xing)物质交叉污染及沉(chen)积,导致电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)容量衰减(jian)速(su)度快和寿(shou)命(ming)短等技术问(wen)题。早于90年代(dai),有(you)英(ying)国科技公司尝(chang)试开发类似的(de)(de)(de)多硫化(hua)物-溴液流(liu)电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi),最终亦(yi)因无法解决电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)寿(shou)命(ming)短的(de)(de)(de)问(wen)题而告吹,科学界一(yi)直(zhi)寻(xun)求方法突破此(ci)技术难题。

【电荷增强型离子选择性膜,大幅提升电池运作时间】

在(zai)多硫化(hua)(hua)物-碘(dian)液流(liu)电池(chi)的(de)研究基(ji)础上,卢(lu)教授(shou)进一(yi)步构思(si)提升电池(chi)循环稳(wen)定性(xing)(xing)和使用(yong)寿(shou)命的(de)方法。团队最终从负责(ze)分(fen)隔(ge)正(zheng)负电极的(de)膜(mo)找到灵感,设计(ji)出(chu)一(yi)款「电荷增(zeng)强(qiang)型(xing)离子选(xuan)择性(xing)(xing)膜(mo)」。团队在(zai)商(shang)业(ye)化(hua)(hua)离子选(xuan)择性(xing)(xing)膜(mo)(产(chan)品型(xing)号N117)覆盖一(yi)层(ceng)极薄的(de)高(gao)分(fen)子材(cai)料和高(gao)吸(xi)附性(xing)(xing)的(de)碳(tan)材(cai)料,令(ling)带(dai)负电的(de)活性(xing)(xing)小分(fen)子选(xuan)择性(xing)(xing)吸(xi)附于比表面(mian)积较大的(de)碳(tan)微孔(kong)中(zhong),加强(qiang)膜(mo)表面(mian)的(de)负电性(xing)(xing),并(bing)减少活性(xing)(xing)物质(zhi)的(de)流(liu)失,从而提高(gao)电池(chi)的(de)使用(yong)寿(shou)命,是全球首次(ci)利用(yong)此技术大幅(fu)提高(gao)电池(chi)的(de)寿(shou)命,令(ling)电池(chi)可有效用(yong)于大型(xing)电网储能装置。

研(yan)究显(xian)示,在(zai)电(dian)池(chi)没有(you)明(ming)显(xian)容量(liang)衰(shuai)减情况(kuang)下,使用商业化(hua)膜(mo)N117的硫(liu)基(ji)(ji)液(ye)(ye)流电(dian)池(chi)一(yi)般只能运作(zuo)160小(xiao)(xiao)时(约6.7天(tian)),而采用新膜(mo)的多硫(liu)化(hua)物-碘液(ye)(ye)流电(dian)池(chi),其容量(liang)衰(shuai)减率(lv)每(mei)天(tian)仅为0.005%,并(bing)能稳定地循环逾1,200圈(quan),即(ji)可运作(zuo)逾2,000小(xiao)(xiao)时(约3个月)。另外,新电(dian)池(chi)的放(fang)电(dian)库(ku)伦效率(lv)高达(da)99.9%,每(mei)次充(chong)满电(dian)后(hou)可持(chi)(chi)续使用长(zhang)逾15小(xiao)(xiao)时,远远优胜于使用商业化(hua)膜(mo)N117的硫(liu)基(ji)(ji)液(ye)(ye)流电(dian)池(chi)或锂电(dian)池(chi)(充(chong)满电(dian)后(hou)只能持(chi)(chi)续使用约3至(zhi)4小(xiao)(xiao)时)。

当(dang)采用(yong)了新电池(chi)的(de)(de)(de)储能装置在持续放电时长超过15小(xiao)时的(de)(de)(de)状态下工作,其(qi)储能均化(hua)成本亦较(jiao)其(qi)他先进的(de)(de)(de)液(ye)流电池(chi)体(ti)系为低。此外,新膜的(de)(de)(de)适用(yong)性(xing)高,可(ke)用(yong)于(yu)其(qi)他高能量密度(du)的(de)(de)(de)液(ye)流电池(chi)体(ti)系,例(li)如硫(liu)-溴(xiu)、硫(liu)-铁及有机液(ye)流电池(chi)等,以提(ti)高电池(chi)的(de)(de)(de)循(xun)环稳定性(xing)。

卢教授表示:「这款新型离子选择性膜解决(jue)了液流(liu)电(dian)池(chi)长久(jiu)以来因活性物质交叉(cha)污染而导致(zhi)电(dian)池(chi)使用寿命短的(de)技术难题。同时,这款独特的(de)膜设计将促(cu)进价格低(di)廉的(de)硫基液流(liu)电(dian)池(chi)进一步商业化,并(bing)为高选择性离子交换膜的(de)研(yan)究和(he)发展(zhan)提供(gong)全新的(de)方向。」(《中(zhong)国基建(jian)报》记者 林雨润 香港报道(dao))

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电池 储能
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