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液流电池支路电流研究进展

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ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ
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Ｊｕｎ ２０１２
万方数据
电池工业
杜涛，等：液流电池支路电流研究进展
鼢・，一ｔ国舭修Ｌ秀耐ｃ似ｔ一轳
流，使上述两电阻的电压相同，此时连通通道间的支 路电流可以完全消除。 上述通过保护电流消除支路电流的方法已在 Ｃｄ—Ｎｉ电池网路和电解电池中进行了证实，并进一步 扩展ＩＯ个单电池串联组成的１５ Ｖ锌一溴电池电堆，
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ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ
ｏｒ
ｌａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｓｈｕｎｔ ｖｉｅｗｅｄ ｂｒｉｅｆｌｙ．
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ
ｃａｕｓｅｓ
ｏｆ ｓｈｕｎｔ
ｃｕｒｒｅｎｔ
ｉｎ ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｂｉｐｏｌａｒ ｐｉｌｅ ｔｙｐｅ ａｎｄ
效：Ｃ＋２Ｈ２（）—，ＣＯ ２＋４Ｈ十＋４ｅ。
３
支路电流的减小或消除方法
单电池串联形成电解液的离子通道，从而产生支 路电流，因此消除共用电解液通道或者将电解液通道 打断是减小支路电流的主要方法，可采取以下措施： （１）采用不导电管道以避免电解液总管中产生不通 过回路的电流；（２）在兼顾电解液流量要求和流体分 布均匀的基础上，减小管路直径及增加支管长度以增 加溶液的电阻；（３）减少一个电堆模块中单电池数 量；（４）采用挡板等形成堰或者溢流装置打断液 流口旷１１１；（５）在电解液通道中通入气体或形成气泡， 以增加溶液的有效电阻；（６）在液流中加设绝缘旋转 叶轮、旋转阀或绝缘阀、淋浴头等［１““。同时通过增 大电流及增加电解液离子的电阻等方法也可减小支 路电流［１…。但以上方法均只能减弱支路电流，不能 将其完全消除，同时以上方法如（５）、（６），在使用过程 中还可能会给电池系统带来其他问题。 除上述提出的削弱支路电流的方法，还可在电解 液总管中通过插入辅助电极或极板等，并施加保护电 流等方式达到消除支路电流的目的［１
Ｇｒｉｍｅｓ Ｐ Ｇ，Ｚａｈｎ Ｍ，Ｂｅｌｌｏｗｓ Ｒ Ｊ．Ｓｈｕｎｔ
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ｃｕｒｒｅｎｔ
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ｃｕｒｒｅｎｔ
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ｃｕｒｒｅｎｔ
ｗｅｒｅ
ｒｅ—
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ；ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ；ｐｉｌｅ
液流电池是一种适合于大规模储能的电化学储 能装置一１。２Ｉ。与传统的储能电池相比，液流电池具有 以下独特的优点：可快速充电及大电流密度放电，可 深度放电，使用寿命长，容量可调及环保等，因而得到 广泛关注‘３『。 为了提高电池的能量密度，目前液流电池多采用 双极堆式结构。双极堆式液流电池组由多个单电池 串联构成，其内部具有公用电解液通道。采用该结构 可以给每个电极均一供应反应物，且易于移除反应产 物；热传导效率高，使得系统的冷却和热管理系统简 单；可以采用低成本的电子控制系统一］。但是串联的
电池工业
第１７卷第３期
昀：”Ｍ把历“如—垆历ｔ“Ⅲｚ一垆
２０１２年６月
液流电池支路电流研究进展
杜
涛，李爱魁”，郝彰翔，廖小东
（国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉湖北４３００７４）
摘要：介绍了常见的双极堆式液流电池中支路电流产生原因及对液流电池的危害，并简要综述了支 路电流数值计算原理与减小或消除支路电流的方法。 关键词：液流电池；支路电流；电堆 中图分类号：ＴＭ９１２．９
２０１２年６月
的。单电池串联，同时电池主要由导电材料构成，导 致电池中存在电子通道，如图ｌ所示为钒电池电堆电 解液流动示意图及支路电流等效电路，全钒液流电池 中正极的电子通道是电堆内的双极板和电极材料，两
性较低，因此一般建立等效电路模型进行计算。计算 支路电流通常根据所使用电堆的实际情况绘制等效 电路，再根据电路列出相关线性方程组，代入已知参 数，分别计算流经各支管的支路电流。 陈晖等［５３通过对双极堆式钒电池组的支路电流 进行研究发现，支路电流的大小与电池的位置密切相 关。当电堆中各单电池管路设计相同时，电堆中的支 路电流呈对称分布，管道中的电流越接近电堆中心越 小。充电时，越靠近电池中心支路电流越小；而放电 时，越靠近电池中心支路电流越大。充电时，管路中 的支路电流会腐蚀与溶液接触的双极板；放电时，过 大的支路电流会严重降低电池的电压、库仑及能量效 率。但由于各单电池的支路电流均流经中央单电池， 对中央单电池的影响最大，使之成为整个电池组中最 薄弱的一环。 根据欧姆定律，对电池电压及电解液电阻有影响 的因素都对支路电流有一定的影响。如电池的极化 情况、电解液的温度与电阻、电解液总管的直径与长 度、各电解液支管的直径与长度等，都会对支路电流 产生影响。总之，使电堆的电压增高、电解液电阻降 低的因素都会使支路电流增大＿７’９］。
ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ Ｖａｎａｄｉｕｍ Ｒｅｄｏｘ Ｂａｔｔｅｒｙ
支路电流会对液流电池性能造成很大影响，其 主要危害有：（１）造成能量损失，降低电池效率；（２） 由于支路电流在电池中分布不均匀，导致各电池电流 不同，可能使部分电池提前失效；（３）加剧电极或管 道的腐蚀；（４）由电极反应或腐蚀产生的危险气体组 合可能引起爆炸。因此，支路电流的危害远远不只是 电能的损失，它往往危及整个电池系统的安全』］。 电池充电时，产生的支路电流通过电解液管道在 电池内部做无用功；电池放电时，支路电流会消耗一 部分能量，使电池效率降低邸］。 支路电流在造成能量损失的同时，还会引起一些 副反应．对电池造成危害，如在全钒液流电池中，由于 电堆的阳极和阴极间电位差较大，且存在连通的电解 液共用通道，导致在电池两极上产生不属于全钒液流 电池体系的电化学反应，如电解液中的水会在正负极 处被氧化或还原，生成氧气与氢气，其中阳极发生氧 化反应：２Ｈ：Ｏ一４ｅ一一Ｏ。＋４Ｈ＋，阴极端板处发生还 原反应：２Ｈ＋＋２ｅ～一Ｈ：，这会造成电解液起泡，导致 反应物质扩散困难或者形成混合爆炸气体，还可能会 导致全钒液流电池正极端碳类电极的腐蚀，使电极失
如图２所示。
Ｉ－３］刘联，刘效疆，李晓兵，等．对甲苯磺酸对钒电池负极 液的影响［Ｊ］．电源技术，２００８，３４（６）：５５２—５５５． ［４］ ［５］
张立，程杰，杨裕生，等．液流电池旁路电流的研究概
况［Ｊ］．电源技术，２００８，３２（２）：１４４—１４７．
陈晖，刘建国，严川伟．关于钒电池中支路电流（ｓｈｕｎｔ
文献标识码：Ａ
文章编号：１００８—７９２３（２０１２）０３—０１８６—０３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ
ｏｎ
ｓｈｕｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｉｎ ｒｅｄｏｘ ｆｌｏｗ ｂａｔｔｅｒｙ
ＤＵ Ｔａｏ，ＬＩ Ａｉ—ｋｕｉ，ＨＡＯ Ｚｈａｎｇ—ｘｉａｎｇ，ＬＩＡＯ Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ （Ｗｕｈａｎ Ｎａｒｉ
支路电流削弱了液流电池的性能，降低了液流电 池的效率，因此，近几十年有大量有关支路电流的建 模计算、减小或消除方面的专利与报道。目前，支路 电流大小可以通过模拟电路进行初步的预测与计算， 采用断流或者通过保护电流等方式以减小或消除，但 离实际应用还有差距。随着液流电池技术的不断发 展，更加有效、实用的支路电流的减小和消除技术将 是提高液流电池效率的一个重要的发展方向。

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全钒液流电池电极研究进展

全钒液流电池电极研究进展

全钒液流电池电极研究进展苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【摘要】本文介绍了钒液流电池电极材料的研究现状.详细介绍了电极种类、电极材料的改性途径、改性效果,并对电极的老化机制进行了分析.全钒液流电池(VFB)电极材料改性的方法主要包括增加电极催化活性和增大电极电化学反应面积两种方式.通过对电极进行热处理、酸处理,可以改变电极表面结构,提高电极催化活性,从而提高电极反应可逆性.通过在电极表面生长碳纳米管或者负载石墨烯、氧化铱等而制备的复合电极材料,以及采用天然废弃物制备的多孔碳电极,可以达到同时提高电极表面催化活性和增大电极电化学反应面积的效果.还可以通过制备电极和双极板复合一体化电极,降低电池的接触电阻,减小电池极化.而电极的化学降解及电化学降解对于电极的寿命会产生影响,而且对电池负极的影响比正极更加明显.最后,总结了VFB电极材料的现状并展望了未来研究发展的方向.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2019(008)001【总页数】10页(P65-74)【关键词】全钒液流电池;储能;电极材料;石墨毡【作者】苏秀丽;杨霖霖;周禹;林友斌;余姝媛【作者单位】上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070;上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070【正文语种】中文【中图分类】TK02全钒液流电池（VFB）作为大型电化学储能技术，自问世以来，在可再生能源发电领域备受关注[1-4]。

将储能技术应用于可再生能源发电，可有效解决再生能源发电存在的间歇性和并网困难等问题。

全钒液流电池采用水系电解液，因此表现出优越的安全性[5]，而且正负极之间也不存在元素的交叉污染[6]。

全钒液流电池的循环寿命高达10000次以上，其使用寿命不低于10年[7]。

液流电池的发展过程及研究现状

液流电池的发展过程及研究现状

液流电池的发展过程及研究现状液流电池是一种新兴的电池技术，其发展经历了多年的研究和改进。

液流电池的研究现状表明，它在能量储存和可再生能源领域有着广阔的应用前景。

液流电池最早可以追溯到上世纪60年代，当时科学家们开始研究可再生能源的储存方式。

最初的液流电池使用了一种双液体系统，通过两种电解液中的离子交换来产生电流。

然而，这种双液体系统存在一些问题，比如能量密度低、寿命短等，限制了液流电池的发展。

随着科学技术的进步，液流电池迎来了新的突破。

研究人员开始探索使用纳米材料和离子液体来改进液流电池的性能。

纳米材料可以提高电池的能量密度和储存容量，使其更加高效和可靠。

离子液体则可以提高电池的化学稳定性和循环寿命，延长电池的使用寿命。

液流电池的研究重点主要集中在提高电池的能量密度、循环寿命和安全性方面。

研究人员正在探索新的电解液和电极材料，以提高电池的储能效率和循环寿命。

同时，他们还在研究如何解决液流电池在高温和低温环境下的性能衰减问题，以确保电池在各种环境条件下都能稳定工作。

液流电池的发展还面临一些挑战和难题。

例如，目前液流电池的成本较高，限制了其在商业应用中的推广和应用。

此外，电解液的浓度和纯度对电池性能的影响也需要进一步研究。

为了克服这些问题，研究人员需要进一步改进电池的结构和材料，降低成本，并提高电池的性能。

总的来说，液流电池作为一种新型的能量储存技术，具有广阔的应用前景。

当前的研究主要集中在提高电池的能量密度、循环寿命和安全性等方面。

虽然还存在一些挑战和难题，但相信随着科技的不断进步，液流电池将会在未来成为能源储存领域的重要技术之一。

液流储能电池系统支路电流的建模与仿真分析

液流储能电池系统支路电流的建模与仿真分析

第31卷第27期中国电机工程学报V ol.31 No.27 Sep.25, 20112011年9月25日Proceedings of the CSEE ©2011 Chin.Soc.for Elec.Eng. 1 文章编号：0258-8013 (2011) 27-0001-07 中图分类号：TM 911 文献标志码：A 学科分类号：470⋅40液流储能电池系统支路电流的建模与仿真分析李蓓，郭剑波，陈继忠，惠东(中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192)Modelling and Simulating of Shunt Current in Redox Flow BatteryLI Bei, GUO Jianbo, CHEN Jizhong, HUI Dong(China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)ABSTRACT: Shunt current loss of vanadium redox flow battery (VRB) was researched and analyzed. The equivalent circuit of shunt current was modelling, and the value and distribution of shunt current were obtained by simulation; and then the shunt current influence on the external characteristics of VRB was analyzed. Based on the classic battery model and controlled unit, the VRB model including shunt current factor was established. From the simulation, the influence on battery system external characteristics became obvious with the large-scale application of VRB. To reduce the loss of shunt current can improve the efficiency of VRB and be useful to keep the consistency of voltage of battery internal modules. Study on shunt current of large scale VRB system has very practical significance, especially for project pre-planning and its operation and maintenance.KEY WORDS: vanadium redox flow battery; shunt current; battery characteristics; simulation; battery modeling摘要：对全钒液流电池所特有的支路电流损耗进行理论分析和研究，建立支路电流等效电路模型，通过仿真计算对支路电流进行量化分析，并得出支路电流的分布规律及其对全钒液流电池外特性的影响。

液流储能电池技术研究进展

液流储能电池技术研究进展

第 21 卷 第 11 期 2009 年 11 月
化 学 进展
PROGRESS IN CHEMISTRY
Vol. 21 No. 11 Nov. , 2009
液流储能电池技术研究进展
张华民1* 张 宇2 刘宗浩1 王晓丽2
( 1. 中国科学院大连化学物理研究所 大连 116023; 2. 大连融科储能技术发展有限公司 大连 116025)
4 Zinc bromine battery 4. 1 Principles and characteristics of zinc bromine
battery 4. 2 Progress and trend of zinc bromine battery 5 Other redox flow batteries 5. 1 Fe Cr redox flow battery 5. 2 Vanadium polyhalid redox flow battery 5. 3 New lead acid and zinc nickel redox flow batteries 5. 4 Mn V redox flow battery 5. 5 Ce V redox flow battery 5. 6 All chromium redox flow battery 5. 7 All ruthenium redox flow battery 5. 8 Actinide redox flow battery
电能是一种使用方便的清洁能源, 在社会生产 和生活中占有极其重要的地位。预计到 2030 年, 电 能消耗占人类各种能 源消耗量的比例由 30% 提高 到 50% 。长期以来世界各国电力系统遵循 着一种 大电网、大机组的建设模式, 按照集中输配电模式运 行。随着电力需求量的日益增加, 电力供需矛盾凸 显, 电能利用效率低、电网可靠性、灵活性差的问题 越来越受关注。同时, 我国以燃煤为主的发电方式 又造成了严重的环境污染。