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锌溴液流电池技术研究

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net作者简介:周德璧(1952-),男,湖南人,中南大学化学化工学院教授,从事电化学、化学电源研究;于中一(1954-),男,湖南人,长沙铁路分公司长沙东站助理工程师,从事铁路运输与信号管理。锌溴液流电池技术研究周德璧1,于中一2(11中南大学化学化工学院,湖南长沙　410083;　21长沙铁路公司长沙东站,湖南长沙　410014)摘要:锌溴液流电池比能量和比功率高,在深度放电条件下,循环工作性能优于传统的铅酸电池,这使得它成为最具吸引力的贮能技术之一。概述了锌溴液流电池的研究历史、现状及一些技术问题。关键词:锌溴液流电池;　贮能电池;　锌电极中图分类号:TM91219 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2004)06-0442-02Researchonzinc2bromineflowbatterytechnologyZHOUDe2bi1,YUZhong2yi2(11CollegeofChemistryandChemicalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha,Hunan410083,China;　21EasternStationofChangsha,ChangshaRailwayCompany,Changsha,Hunan410014,China)Abstract:Thezinc2bromineflowbatteryhadgoodenergyandpowerdensities,andsignificantlybettercyclingperformancethanconventionallead2acidbattery,particularlywhendeeplydischargedoneachcycle,whichmadeitbecameoneofthemostattractiveenergy2storagetechnologies1Thehistoryandactualityfortheinvestigationofthezinc2bromineflowbatteryaswellassometechni2calproblemsweresummarized1Keywords:zinc2bromineflowbattery;　energystoragebattery;　zincelectrode 液流电池的活性物质存在于电解液中,电池被隔膜分隔成正极半电池和负极半电池,它们分别外接正极电解液和负极电解液贮存罐,用电动泵抽取来完成循环。电池的容量取决于电解液贮存罐的容积,而功率则取决于电堆的大小。1　主要特点和应用锌溴液流电池的电解液为溴化锌水溶液,充电过程中,锌以金属形态沉积在碳2塑料电极表面,溴形成油状络合物,贮存于正极电解液的底部。锌溴液流电池理论开路电压1182V,总效率为75%,理论能量密度430Wh/kg,电池可以100%深度放电几千次,与铅酸电池相比,具有较高的能量密度和功率密度以及优越的循环充放电性能。锌溴电池在近常温下工作,不需要复杂的热控制系统,其大部分构件由聚乙烯塑料制成,便宜的原材料和较低的制造费用使它在成本上具有竞争力。锌溴液流电池的这些特点,使它成为大规模贮能电池的选择之一。锌溴液流电池商业化过程中的问题是初始成本较高。在较大的生产规模下,锌溴电池与铅酸电池相比,具有价格上的优势[1],作为贮能电池,也可用于太阳能和风能发电系统贮能。锌溴电池由于能量密度较高,被研究开发作电动汽车动力电源。装备锌溴电池(200Wh/kg)的Fiat牌号的Panda电动汽车,一次充电,行程达到260km。在电动汽车中,锌溴电池可用作正常驱动的连续动力源,与超级电容混合使用[2]。这种混合型电动车是目前认为较为现实可行的[3]。2　技术问题锌溴液流电池的主要技术问题是:①溴和溴盐的水溶液对电池材料具有腐蚀性;②充电过程中锌电极上形成枝晶;③由于溴在电解液中溶解度高,溶解的溴快速传质到锌电极表面,与锌直接反应,造成较严重的自放电。211　电池结构材料在锌溴电池中,电解液是溴、锌溴化合物和四元胺盐的腐蚀性的混合物。四元盐由于其络合能力,用于降低游离溴在电解液中的浓度。电池以塑料为基本结构材料。较早的电池结构材料采用聚丙烯,后来用聚乙烯作为框架材料。用作结构组件的聚合物材料和用作电极的碳2塑料复合材料老化效应研究较多。聚乙烯材料抗拉强度在饱和溴水溶液的作用下降低13%～25%,在正极电解液侵蚀下降低80%。制备电极采用的碳2聚合物复合材料比制作电池液流框架的

PVC第34卷　第6期2004年 12月电 池BATTERY　BIMONTHLYVol134,No16Dec1,2004

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net材料具有更好的抗腐蚀性能。PVC液流框架中的添加物更容易受含溴电解液的化学攻击,而PVC本身只被电解液轻微腐蚀。212　锌在碳电极上的沉积充电时,锌在碳电极上沉积,要控制条件,使之形成均匀的、粘附性好的金属薄层,避免树枝状结晶,导致刺破隔膜而引起电池内部短路[4]。在没有有机抑制剂的情况下,由于欧姆阻抗在电极中分布不均匀,使在孔隙电极中沉积的锌很不均匀。采用碳质孔隙电极及电解液沿电极表面的流动有利于形成均匀锌沉积层。提高电解液流速、增大电极沿流动方向的长度及增加孔隙层厚度,都可改善沉积层均匀性。在电解液中添加有机阻化剂,可获得显著效果。应用一种含氟阻化剂,在100mA/cm2的电流密度下连续沉积2h,可得到无枝晶的锌沉积。含溴的电解液对锌的腐蚀,也可有效抑制锌沉积的枝晶生长,腐蚀速率越高,这种作用越明显。虽然这种作用降低了电池的电流效率,但仍不失为一种控制手段[5]。213　电池自放电问题电解液中溴与锌电极接触时,对锌造成局部腐蚀,为减少这样的自放电,采取的办法是:①用隔膜将正、负极电解液分开;②在正极电解液中加入络合剂,以降低溴的活性。隔膜的厚度、溴在隔膜中的扩散系数、正极电解液贮液罐中油相的体积、溴在正极液中水相和有机相的分配系数,以及电解液流动动力学状况,都是影响电池自放电的重要参数[6]。21311　隔膜可以用阳离子交换膜作为电池的隔膜,它允许阳离子通过,但阻止溴的迁移。一般来说,离子交换膜对溴的阻力较大,因而可减小电池自放电,但是这种膜比较昂贵,且欧姆电阻较高。在锌溴液流电池中,可采用较为廉价的微孔性聚合物隔膜,其缺点是不能完全阻止溴穿过。用阴离子聚合电解质对隔膜进行浸渍处理后,溴在隔膜中的渗透减小,但隔膜电阻略有增加。这种效果可解释为:①聚合电解液中带负电的基团排斥带负电的溴络合物;②隔膜中一部分微孔被阻塞。21312　溴的贮存形态为了使用较为廉价的微孔隔膜,又能获得较为满意的电流效率,应降低电解液中溴的浓度(或活性)。一个办法是在正极电解液中加入有机络合剂。一般添加四元胺盐基阳离子到电解液中,与溴形成聚溴化物络合物(QBr),QBr在Zn2Br电解液中稳定[7]。这个体系的问题是:在其他电解质的作用下,在10～20℃温度范围内有固相形成,使电池失效,解决办法是调整电解液的成分,还必须考虑电解液的一些主要性能,如电导率、溴在水相和非水相的分配系数以及扩散系数等[8]。在电池充电过程中,不溶于水相的聚溴化物的生成主要是通过溴与正离子的快速均相化学反应。较高的电解液浓度将有利溴的贮存,从而提高电流效率[9]。214　电极材料与结构电极采用双极性结构,一般由集电体和粘附在其两侧表面的,具有电化学反应活性的正极和负极层组成。人们曾用钛板作为锌负极材料,随后孔隙性碳素材料得到应用。孔隙碳质电极有利于形成均匀锌沉积层。与锌电极相比,溴在电极表面的反应速率较低。正极曾采用活性炭和碳毡。碳毡是孔隙性材料,为溴的氧化还原反应提供了较大的反应界面[10]。孔隙电极中的反应受扩散传质的控制。电极结构的主要参数是电极厚度、电极沿电解液流动方向的长度和电极宽度的比值,孔隙度、孔径、液流速度、扩散系数等对电池性能也有直接影响。电极反应的极限电流与电极厚度成正比,但是不受反应物浓度的影响。人们曾研究聚吡咯沉积于玻璃碳的复合电极,电池的开路电压比较高,但是聚吡咯的氧化性溴化,导致电池自放电而限制了应用[11]。电极的集流体采用导电塑料,即以聚乙烯、聚丙烯为基体,加入导电性的碳粉。为了增强机械强度,可加入玻璃纤维,或者将导电塑料层压到金属网上[12]。3　市场前景电力贮能技术在电力系统中可用于电力调峰和保证供电的可靠性和安全性,应用于电网可以节省资源并提高系统的使用效率。锌溴电池的应用还包括草地机械、高尔夫球车、轮椅等。贮能电池还是可再生能源开发利用的重要技术装备。参考文献:[1]　PritamS,BjornJ1Zinc2brominebatteryforenergystorage[J]1JPowerSources,1991,35(4):405-4101[2]　YanX,DeanP1Novelpowermanagementforhighperformanceandcostreductioninanelectricvehicle[J]1RenewableEnergy,2001,22(1-3):177-1831[3]　CHENLi2quan(陈立泉)1混合电动车及其电池[J]1BatteryBi2monthly(电池),2000,30(3):98-1001[4]　IacovangeloCD,WillFG1Parametricstudyofzincdepositiononporouscarboninaflowingelectrolytecell[J]1JElectrochemSoc,1985,132(4):851-8561[5]　ChiuSL,SelmanJR1Determinationofelectrodekineticsbycorro2sionpotentialmeasurements1Zinccorrosionbybromine[J]1JApplElectrochem,1992,22(1):281[6]　YangS1Anapproximatemodelforestimatingthefaradaicefficiencylossinzinc/brominebatteriescausedbycellself2discharge[J]1JPo2werSources,1994,50(3):343-3601[7]　HoobinPM,NiereCKJ1Stabilityofzinc/brominebatteryelec2trolytes[J]1JApplElectrochem,1989,19(6):9431[8]　KrystynaC1Propertiesofmodifiedelectrolyteforzinc2brominecells[J]1ElectrochimicaActa,1995,40(8):971-9761[9]　KautekW,ConradiA,FabjanC,etal1InsituFTIRspectroscopyoftheZn2Brbatterybrominestoragecomplexatglassycarbonelectrodes[J]1ElectrochimicaActa,2001,47(5):815-8231[10]　KinoshitaK,LeachSC1Mass2transferstudyofcarbonfelt,flow2throughelectrode[J]1JElectrochemSoc,1982,129(9):1993-19971[11]　MengoliG,TomatMM1Ontheuseofpyrroleblackinzinc2halogenbatteries[J]1JApplElectrochem,1985,15(5):6971[12]　TsienHC,NewbyKR,GrimesPatrickG,etal1Sheetelectrodeforelectrochemicalsystem[P]1US:4379814,1983-01-121收稿日期:2004-04-12344　第6期　周德璧,等:锌溴液流电池技术研究

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典型液流电池储能技术的概述及展望

典型液流电池储能技术的概述及展望

动力与电气工程2021NO.28SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION科技资讯

SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION科技资讯典型液流电池储能技术的概述及展望鲍文杰(纬景储能科技有限公司上海201103)摘要：随着“碳中和、碳达峰”的提出，新能源储能技术已经越来越被重视。而液流电池技术作为储能技术之一，展现出了其在储能领域非常有竞争力的发展前景。针对液流电池储能的技术特点，该文首先介绍了储能技术的重要性及其特性，重点介绍了液流电池储能技术的工作原理及其关键零部件的作用和技术要求，并着重针对几种比较有竞争力和市场前景的典型液流电池进行了详细介绍，分析了每种液流电池技术的优劣势。最后提出了液流电池储能技术的进一步发展方向，以期为已经或者未来想要进入到液流电池储能技术领域的学者和从业者提供重要参考。关键词：碳中和储能液流电池大规模优劣势中图分类号：TM910文献标识码：A文章编号：1672-3791(2021)10(a)-0033-07OverviewandProspectofTypicalFlowBatteryEnergyStorageTechnologyBAOWenjie(WeViewEnergyStorageTechnologyCo.,Ltd.,Shanghai,201103China)Abstract:Withtheproposalof"carbonneutralizationandcarbonpeak",newenergystoragetechnologyhasbeenpaidmoreandmoreattention.Asoneoftheenergystoragetechnologies,flowbatterytechnologyshowsaverycompetitivedevelopmentprospectinthefieldofenergystorage.Accordingtothecharacteristicsoftheflowbatteryenergystoragetechnology,thispaperfirstintroducestheimportanceofenergystoragetechnologyanditsfeatures,mainlyintroducestheworkingprincipleofflowbatteryenergystoragetechnologyanditsfunctionandtechnicalrequirementsofkeyparts,andemphaticallyaimingatseveralcompetitiveandmarketprospectoftypicalflowbatteryareintroducedindetail,analyzedtheadvantagesanddisadvantagesofeachflowbatterytechnology.Finally,thefur‐therdevelopmentdirectionofflowbatteryenergystoragetechnologyisputforward,inordertoprovideanimpor‐tantreferenceforscholarsandpractitionerswhohaveorwanttoenterthefieldofflowbatteryenergystoragetech‐nologyinthefuture.KeyWords:Carbonneutralization;Energystorage;Flowbattery;Largescale;Advantagesanddisadvantages国家发展改革委、能源局在2021年7月15日印发了《国家发展改革委国家能源局关于加快推动新型储能发展的指导意见》，这份指导意见作为“十四五”期间的首份储能产业综合性政策文件，分别从市场化发展、市场环境、技术进步政策监管等方面做出了指导，这对于新能源储能行业来说是一个重大利好[1]。同时，全国两会在政府工作报告中明确提出了实现新型储能全面市场化发展需要做好“碳中和”和“碳达峰”的各项工DOI：10.16661/ki.1672-3791.2110-5042-1911

锌溴液流电池工作原理

锌溴液流电池工作原理

锌溴液流电池工作原理

锌溴液流电池是一种基于电化学反应的可再生能源存储系统。它由两个电极（阳极和阴极），以及通过电解质连接两者的液体溴和锌溶液组成。当电池充电时，电流从外部电源流入阳极，将溴离子（Br-）氧化为溴分子（Br2）。同时，锌离子（Zn2+）从锌溶液中进入阴极，被还原成金属锌（Zn）。在放电过程中，金属锌从阴极溶解并流入电池，同时溴分子从阳极流入电池。在电解质中，溴分子被还原成溴离子，释放出两个电子，进入电路中，驱动外部设备工作。在这个过程中，锌溶液中锌离子氧化为锌离子，并释放出两个电子，进入电路中，转化为离子并流回阳极。这种反应的化学方程式为：

充电：Br- → Br2 + 2e-（阳极）

Zn2+ + 2e- → Zn（阴极）

放电：Zn → Zn2+ + 2e-（阴极）

Br2 + 2e- → 2Br-（阳极）

锌溴液流电池的一大优势是其能高效地储存能量。由于溴分子中包含两个原子，使得其比其他溶解在水中的氧化剂（如铁离子或铬离子）的分子量更大。这意味着在同样的体积下，溴分子储存了更多的能量，并且在电解质中移动速度更快。此外，锌溴液流电池具有很高的放电深度，即锌载荷的输出量与锌质量的关系。这使得其在需要长时间运行的场合（如电网支持和储能）中具有优势。 另一个值得注意的优点是锌溴液流电池的高可持续性。根据多项研究，其寿命可长达20年。这主要归因于电极材料的耐用性和高度的可再生性。溴和锌都可以在经济可承受的条件下进行回收，因此该电池类型在环境保护方面具有很大优势。

然而，锌溴液流电池的一些缺点也应该考虑。首先，其能量密度较低。这意味着需要更大的体积，以存储相同的电能。其次，电池的工作温度较高，需要在50-70℃之间才能正常运行。这使得其在固定的空间内进行部署时，需要考虑散热和维护成本。最后，由于其复杂的设计和制造过程，锌溴液流电池目前的成本可能比其他类型的电池更高。尽管如此，有望随着技术进步和规模化生产过程的优化，在未来锌溴液流电池的成本和性能方面都将得到进一步改善。

锌溴液流电池储能技术

锌溴液流电池储能技术

锌溴液流电池储能技术

哎呀，说起这个锌溴液流电池储能技术，我得先说说这玩意儿是啥。你知道，现在大家都在说环保、绿色能源，对吧？这个锌溴液流电池，就是那种听起来很高科技，但实际上挺接地气的东西。它就像是一个超级大的充电宝，能存好多好多电，然后等你需要的时候再给你。

记得有一次，我去了一个朋友的实验室，他们就在研究这个。一进门，我就看到一排排的玻璃罐子，里面装着蓝色的液体，看起来有点像那种科幻电影里的未来科技。我朋友就跟我说，这些就是锌溴液流电池的电解液。我心想，这玩意儿能存电？看起来挺不靠谱的啊。

然后，我朋友就开始给我科普了。他说，这个锌溴液流电池，其实原理挺简单的。就是通过化学反应，把电能转换成化学能，然后再需要的时候，把化学能变回电能。听起来是不是有点像变魔术？但这就是科学的魅力，对吧？

他接着说，这个电池的好处可多了。首先，它寿命长，不像有些电池，用个几年就不行了。其次，它环保，不像有些电池，用完之后处理起来特别麻烦。还有，它的能量密度高，也就是说，同样大小的电池，它能存更多的电。

我问他，那这玩意儿怎么用呢？他就拿了一个模型给我看。他说，这个电池由两个罐子组成，一个装着锌，一个装着溴。当需要存电的时候，锌和溴就会通过化学反应，把电能转换成化学能。等到需要用电的时候，这个过程就反过来，化学能又变回电能。

我看着那些罐子，心想，这玩意儿要是能普及，那得多方便啊。想象一下，以后我们的手机、电脑，甚至汽车，都能用上这种电池，那得多酷啊。

我朋友还跟我说，他们正在研究怎么让这个电池更便宜，更实用。他说，如果成功了，那我们就能告别那些又贵又不环保的电池了。

最后，我离开实验室的时候，心里挺激动的。想想看，这小小的锌溴液流电池，说不定就能改变我们的未来呢。虽然我现在还不能拥有一个，但我相信，不久的将来，这种高科技的玩意儿，就会走进我们的生活，让我们的生活更加绿色，更加便捷。

所以，下次你再听到锌溴液流电池这个词，可别觉得它离你很远。它其实就在我们身边，说不定哪天，你就能亲眼看到，亲手摸到，甚至用到呢。

锌溴液流电池的工作原理

锌溴液流电池的工作原理

锌溴液流电池的工作原理

锌溴液流电池的工作原理是利用锌和溴作为活性物质，通过电化学反应产生电能。电池由两个电解槽组成，其中一个电解槽内储存着溴溶液，另一个电解槽内则装有锌溶液。

在正极电解槽中，溴溶液分解成溴离子（Br-），同时释放出电子。这些电子通过外部电路流向阴极电解槽。

在负极电解槽中，锌溶液中的锌离子（Zn2+）与外部电子发生还原反应，生成金属锌（Zn）。这些锌离子的生成导致了电解槽中锌离子浓度的降低。

这种流动的锌离子和溴离子形成了可溶性的锌溴化合物。这些离子在电池中循环并重新结合，使得电池在循环过程中保持活性。这个循环过程也同时伴随着电子的流动，从而产生电能。

通过连续添加锌溶液和溴溶液，电池可以保持持续的化学反应，从而持续产生电能。