全钒液流电池用电极及双极板研究进展

全钒氧化还原液流储能电池是一种新型的储能装置,电极及双极板是其关键材料。介绍了全钒液流储能电池的两种电极（金属电极、碳素电极）和三种双极板（金属双极板、碳塑双极板和石墨双极板）以及一体化电极双极板的研究进展。     

质子交换膜燃料电池金属双极板流道结构及制造工艺

金属双极板因具有强度高、导电性和传热能力好、能量损失小、密封性好等优势,且加工方便、加工成本低、可制造超薄厚度及高体积比功率等特性,逐渐成为双极板材料的首选,而流道结构设计和制造工艺是影响金属双极板成形质量和工作性能的关键。对比了金属双极板常用传统流道结构与新型流道结构,分析了结构变化对燃料电池性能的影响;梳理了金属双极板的冲压成形、液压成形、软膜成形、辊轧成形、电磁成形、特种成形等塑性成形工艺技术及成形装备;最后对金属双极板的流道结构设计与制造工艺进行了展望。     

固体氧化物燃料电池双极板材料发展综述

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为第三代燃料电池,以其能量转换效率高、燃料适用范围广、对环境友好、全固态等诸多优势而备受关注.双极板(又称连接体)作为固体氧化物燃料电池的重要组成部分之一,在SOFC电池堆中起到串并联单体电池并隔绝燃料气体与空气的作用,对电池性能及商用成本有很大影响.不同材料的双极板存在不同的性能问题,主要都集中在导电性能、抗氧化性能、化学稳定性及热膨胀系数是否匹配等方面.本文综述了传统陶瓷材料、合金材料、新型陶瓷材料、复合材料双极板的发展历程及最新研究进展,并着重介绍了组分优化设计及表面改性(涂覆活性氧化物涂层、稀土钙钛矿涂层及尖晶石涂层等)两种方式对于合金材料抑制镉元素向外扩散的能力、抗氧化性及导电性的改善.综合分析表明,通过组分优化设计和表面改性弥补合金作为双极板材料的性能缺陷,尝试制备新型陶瓷材料或复合材料等途径,有望获得高性能、低成本的双极板材料,从而实现SOFC的大规模商业化应用.     

Theoretical and technological aspects of flow batteries:Review of study on CF reinforced composite bipolar plate

双极板作为液流电池的关键材料之一,起到连接电池内部不同单电池的正极和负极,导通电池内电路,阻隔双极板两侧电解液相互渗透的重要作用.根据双极板材料的不同,可以分为金属板,石墨板与复合材料板.复合材料板克服了金属板,石墨板的缺点,耐腐蚀性强,机械强度好,能够满足液流电池的需要.碳纤维具有良好的导电性,力学性能和化学稳定性,通过加入碳纤维来改善双极板的性能,成为了研究人员常用的方法.本文综述了近年来国内外主要的碳纤维增强型复合材料双极板的研究成果,对不同的方法进行了比较,并指出了碳纤维增强型复合材料双极板的发展趋势.     

Developments of electrodes for vanadium redox flow battery

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。     

The research &development status of vanadium redox flow battery

全钒液流电池是当今世界上规模最大,技术最先进,最接近产业化的液流电池,在风电,光伏发电,电网调峰等领域有着极其良好的应用前景.本文对全钒液流电池的工作原理进行了详细介绍,并对影响全钒液流电池发展的关键技术进行深入分析,结合其国内外的技术发展现状,对全钒液流电池的发展趋势做了客观的评估,并展望了全钒液流电池发展前景.     

液流电池储能技术研究现状与展望

液流电池技术利用流动的电解液作为电化学储能介质,适合于进行大容量电能与化学能的转化与储存。液流电池通常具有寿命长、效率高等技术特征,在平滑风能、太阳能等可再生能源发电出力以及微型电网、智能电网建设等方面有着广阔的应用前景。本文论述了液流电池的研究与开发现状,概述了目前逐渐具备工程实施能力的全钒液流电池体系,分析了液流电池新体系的研究开发状况,指明了它们各自需要进行技术突破的重要问题,最后展望了金属/ 空气液流电池的技术优势与未来发展前景。     

管理与技术并重的企业清洁生产工作研究

质子交换膜燃料电池（PEMFC）以其能量转化率高、低排放、能量和功率密度高等优点被认为是适应未来能源和环境要求的理想动力源之一。双极板是质子交换膜燃料电池组中的关键功能部件之一,而且时电池组的成本、体积和质量有直接影响。开发同时具有优良的综合性能和低成本的双极板是质子交换膜燃料电池实现产业化的必然要求。综述了目前各种双极板材料的研发现状,并对各种材料进行了比较,提出了双极板材料的发展趋势。     

全钒液流电池的技术进展、不同储能时长系统的价格分析及展望北大核心CSCD

可再生能源正逐渐由辅助能源变为主导能源,建立“新能源+储能”为主体的新型电力系统对大功率、大容量、长时储能技术提出了新的要求,全钒液流电池储能技术具有本征安全、充放电循环寿命长、电解液可循环使用、生命周期经济性好及环境友好等特点,近年来受到学术界、产业界的广泛关注。本工作回顾了液流电池的发展历程,介绍了全钒液流电池储能技术的基本原理、性能特点、技术和产业化发展现状,结合多年高功率、大容量全钒液流电池储能系统工程实际设计经验,阐明了大规模储能电站的模块化设计方法,实施的5 MW/10 MWh全钒液流电池储能系统产业化项目已安全稳定运行了9年多,能量转换效率和储能容量无明显衰减。实际应用结果充分验证了全钒液流电池储能系统的安全性和可靠性,已满足产业化应用的要求。根据全球全钒液流电池储能装备领军企业2021年第三季度兆瓦级储能系统实际价格,分析了不同储能时长全钒液流电池储能系统的价格及生命周期的经济性,指出了今后的研究开发重点。     

生物质衍生碳材料在全钒液流电池电极方面的应用北大核心CSCD

电极是全钒液流电池的重要组成部分,是电解液中不同价态钒离子发生电化学反应的场所。理想的液流电池电极需要同时具备电导率高、比表面积大、润湿性好、耐腐蚀、成本低廉的特性,而目前的材料往往不能兼顾。生物质衍生碳材料具有独特的多孔结构,且含有丰富的氧官能团和氮、磷、硫等元素,可以为电化学反应提供更多的活性位点,被广泛应用于电极材料中。本文回顾了生物质衍生碳材料作为电极或电极催化剂,在全钒液流电池中的应用和研究进展,重点讨论了材料的制备方法、结构组成及其电化学性能,有利于加深人们对电极“构-效关系”的理解,以期设计出更好的电极材料,提高全钒液流电池的性能,降低成本,推进全钒液流电池产业化的发展。     

Review on ion exchange membranes for vanadium redox flow battery applications

全钒氧化还原液流电池(VRB)作为一种新兴的电化学储能系统在解决可再生能源利用方面具有良好的应用前景.离子交换膜作为全钒液流电池的关键功能材料之一,应具有钒离子透过率低,电导率高,化学稳定性好等性能.本文论述了VRB的工作原理和特点,综述了近年来国内外相关的研究进展,对商品化离子膜,新型阳离子膜,新型阴离子膜,两性离子膜在VRB中的研究应用进行了对比与分析,并指出它们各自需要改进的地方;最后提出应大力开发低成本的国产全氟磺酸离子膜,为实现VRB大规模的产业化奠定基础.     

风电机组和全钒液流电池联合特性建模与分析

随着可再生能源渗透率的不断增加,电力储能技术已成为电网安全、稳定、高效运行必不可少的技术支撑。根据全钒液流电池的瞬时变化,结合其参数和变化规律,给出全钒液流电池的等效电路,由此建立全钒液流电池的动态数学模型和仿真模型。接入单机3 kW风机,建立风电机组和全钒液流电池的联合系统模型,研究联合系统的功率特性,分析联合系统模型分别在变风速恒负载和变负载恒风速的情况下,负载、风机与全钒液流电池之间的功率特性。仿真测试结果表明,风电机组和全钒液流电池联合系统模型能够模拟整个系统的工作特性。     

质子交换膜燃料电池双极板的设计与模拟分析

质子交换膜燃料电池是直接将化学能转换为电能的装置,双极板上的流道结构对燃料电池的工作性能具有较大的影响。根据应用要求设计了具有平行流道、蛇形流道及希尔伯特分形流道的双极板结构,模拟计算了氢气在不同类型的流道和气体扩散层中的分布状态,分析了燃料电池的输出电流密度和功率密度随电极间电压的变化特点,比较了不同的流道结构对燃料电池输出电流密度的影响,以及不同的工作温度及气体压强的情况下,燃料电池输出电流密度随温度及压强的变化规律。     

新型径向流动全钒液流电池单元数值模拟北大核心CSCD

全钒液流电池因其选址自由、效率高、寿命长以及安全性高等特点,广泛应用于大规模储能领域,然而现有电池结构单一,无法满足储能领域高速发展的需求。为提高全钒液流电池电化学性能,采用数值模拟方法,针对新型径向流动全钒液流电池单元,建立电池单元内部电化学反应与热质传递耦合作用数学物理模型,获得了不同电解液进口数量下新型电池单元内部多物理场耦合输运特性分布规律,包括电解液速度场、压降、离子浓度以及电极电势的分布规律。结果表明,电池电解液进口数量的增加,可以有效改善电解液在多孔电极内的输运性能,提升多孔电极内部离子浓度分布均匀性,削弱离子浓度极化现象,提高电极电势,增强电池性能。同时,在多孔电极入口处设置电解液分配管,可以有效减小电解液流动阻力,提升电解液分配均匀性,进一步提升电池性能。仿真模拟的研究结果可为全钒液流电池结构的优化设计提供参考。     

Recent progress in zinc-bromine flow battery energy storage technologies

以活性物质溴化锌为电解液主要成分的锌溴液流电池,其电极及隔膜材料均由塑料构成,具有低成本,长寿命,绿色环保等特点,适合进行大规模的电能存储,在可再生能源接入,分布式发电及智能电网等领域有着巨大的发展潜力.本文介绍了锌溴液流电池的技术原理与组成,分析了其技术特点,概述了目前的研究开发状况,对未来的前景进行了展望,指出进行关键材料的自主研发及批量化生产,优化电堆及系统的结构,控制产品生产工艺质量等是未来研究工作的重点.     

国内外电池储能技术的应用及发展现状

随着可再生能源的迅猛发展以及对供电可靠性要求的不断提高,电池储能技术在电力系统中的应用日益增多。讨论了铅酸电池、铅炭电池、钠硫电池、全钒液流电池、锂离子电池的性能特点,并介绍了不同电池储能技术在电力系统中的应用。     

Study on the low-cost flow battery technologies for energy storage

大规模储能技术是实现可再生能源并网和普及应用的核心技术,也是发展能源互联网、分布式发电、电力辅助调频、离网供电、安全备用电源等领域的关键使能技术。液流电池是一类新兴的大规模储能技术,经过近几年的快速发展,已经具备规模应用的竞争力。液流电池具备安全性好、单个循环储能时间长、功率/容量独立设计、储能容量大和寿命长等特点。目前液流电池成本偏高,高成本制约了液流电池储能技术大规模商业化应用。针对这一行业"痛点"问题,本文通过创新型的电池堆结构、新型关键材料和工艺研究,将液流电池堆功率密度提高2~4倍,实现电池堆的小型化,有效提高关键部件利用率,有望将液流电池系统成本降低20%~30%。     

PEM燃料电池流场形状研究现状

双极板是质子交换膜燃料电池堆的重要部件之一,流场形状结构构成了双极板最主要特征。文章将近年来流场形状的研究现状进行梳理,通过对比分析各种流场设计方法,其对反应物与生成物的分布影响,流场内压力、热量及电流密度分布,流场制造成本等。总结各种流场优缺点,得出燃料电池不同实际应用情况下的最佳流场类型。以此为质子交换膜燃料电池流场的结构设计及研究发展方向提供可行性参考。     

The world's largest all-vanadium redox flow battery energy storage system for a wind farm

风力发电具有明显的随机性,间歇性,不可控性和反调峰特性,风力发电的大规模并网给电网调峰和稳定,安全运行带来了巨大压力,造成弃风限电现象愈加严重,严重影响了风力资源的有效利用和经济效益.全钒液流电池储能电站在能量管理系统的调度下,对风力发电输出功率进行平滑,配合风电场功率预报系统,提高风电场跟踪计划发电能力,改善了风电场并网电能质量,降低了对电网的冲击与影响,同时也提高了风电场输出功率可控性,有利于提高电网对风电的接纳能力.国电龙源卧牛石风电场配套的5 MW/10 MW∙h全钒液流电池储能系统为目前世界上最大规模的全钒液流电池储能系统.本文介绍了该全钒液流电池技术特点和储能系统的设计,成组方案及功能,并对储能技术在可再生能源发展中的作用进行了展望.     

全钒液流电池储能技术研究集体获中科院杰出科技成就奖

<正>1月29日,"2014年中国科学院杰出科技成就奖"在北京揭晓,我所张华民研究员领导的"全钒液流电池储能技术研究集体"喜获"中国科学院杰出科技成就奖"。大规模储能技术是解决可再生能源发电不连续、不稳定特征的关键瓶颈技术,是国家能源战略和能源安全的重大需求。全钒液流电池储能技术因其使用寿命长、储能规模大、安全可靠、环境友好等特点,