水系有机液流电池活性材料的分子工程研究进展

氧化还原液流电池(RFB)是有良好发展前景的电化学储能技术和大规模可再生能源存储的有效解决方案,其中水系有机氧化还原液流电池(AORFB)不仅成本低,还可以通过分子工程进行活性材料的理性设计,从而高效率地得到具有精准目标性能的新型活性材料。综述了AORFB活性材料的发展历程和研究现状,重点对不同结构活性材料的分子工程研究进行介绍。结合当前研究趋势,提出了活性材料分子工程研究未来发展的方向与思路。     

氧化还原靶向原理在液流电池中的应用进展

液流电池是一种技术比较成熟的储能系统,但因活性物质的溶解度问题影响了能量密度,由此导致的低能量密度限制了其广泛应用。为了促进液流电池的快速发展,而不影响原本液流电池所具有的相关特性,针对此缺陷而提出的氧化还原靶向反应进行详细的介绍,简述了氧化还原靶向反应的工作原理,并将对近些年此原理与液流电池结合的研究做简要的介绍,指出了其中的创新点,同时对现今此原理的实际应用中存在的不足之处和发展方向提出展望。     

西班牙研发出新型有机氧化还原液流电池

近日,西班牙研究储能技术的研究中心CIC EnergiGUNE领导研发了高性能绿色氧化还原液流电池(Higreew)研究项目,以生产廉价高效的氧化还原有机液流电池。这种新型电池将以水溶性有机电解质为基础。科学家们表示,这种电池电解质成本低,与优化的低阻膜和快速电极动力学兼容。该项新技术将使研究人员开发出更环保、更可持续的氧化还原液流电池,具有更高的功率和能量密度,同时提供更长使用寿命。     

全钒氧化还原液流电池的发展现状

简要介绍了全钒氧化还原液流电池的工作原理,并对钒电池的组成及其电解液的制备方法和钒电池的分类及市场前景进行了简明叙述。列举了钒电池在国外的商业化情况,并简要分析了国内外钒电池的发展过程和研究现状。中国风能、太阳能等可再生资源储量丰富,对环境友好的大容量存储电池需求迫切,因此认为近几年中国全钒氧化还原液流电池具有良好的发展前景,这将会极大促进中国钒资源的开发。     

全钒液流电池技术及其应用

全钒氧化还原液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)具有绿色安全、能量效率高、循环寿命长、功率与容量相互独立等优点,已成为规模储能设备领域的重要设备。本文对全钒液流电池的工作原理、特点及组成电池的关键材料作了详细介绍,对具体的应用领域进行了分析,并简要介绍了我国实际的应用状况。     

科学家研制出高性能水相有机液流电池

<正>美国犹他州立大学教授刘天骠团队日前设计开发了一项全新的水相有机液流电池。在这项新的研究中,以水溶性的二茂铁作为正极电解液活性材料,甲基紫精作为负极电解液活性材料,因而称之为二茂铁/甲基紫精液流电池。高性能的有机分子液流电池材料的主要前景是大规模储能和家庭储能应用。     

高能量密度水溶性有机液流电池的开发策略

水溶性有机液流电池自2014年出现后发展迅猛,特别是近些年来有机电活性物质的降解和二聚导致的容量衰减问题得到初步解决后,该类液流电池有望作为大规模储能系统的候选者。然而能量密度较低的问题限制了其商业化的进程。对此,主要从增大溶解度、提高电化学窗口和电子的得失数这3个方面详细介绍了5种提高水溶性有机液流电池能量密度的方法——分子结构剪裁、“interaction-mediating”策略的应用、采用聚合物电活性物质、“氧化还原靶向”原理和电极表面的改性,同时对进一步提高水溶性有机液流电池能量密度的策略进行了简要展望。     

全钒液流电池用离子交换膜的研究进展

由于全钒氧化还原液流电池(VRB)具有大规模储能和稳定发电的特点,引起了国内外的广泛关注。离子交换膜(IEM)是VRB中的重要组件,它不仅要隔开阴阳极电解液,而且还要传输离子以构成闭合回路。对全钒液流电池用离子交换膜做了系统介绍。从离子交换膜的基本功能出发,详细阐述了近年来国内外全钒液流电池用离子交换膜的研究进展及目前面临的问题,并展望了全钒液流电池大规模商业化应用的前景。     

钒氧化还原液流电池负极电解液的研究进展

钒氧化还原液流电池作为一种较为理想的大规模储能技术,近年来已在多个国家和地区投入实际应用.其电解液负责存储和提供电活性物质,性能直接影响电池的充放电效率和容量,因此,研究并提高其性能是钒电池应用和发展的重要课题之一.本文从溶解规律和稳定性、钒离子的存在形式和性能优化等方面综述了钒电池负极电解液的研究进展情况,并对今后的研究方向进行了展望.     

耶拿电池与巴斯夫合作研发创新电力存储技术

<正>德国耶拿电池有限公司(以下简称"耶拿电池")和巴斯夫正在合作生产一种电池电解液。应用该电解液的电池技术特别适用于固定存储可再生能源电力,并有助于保持传统输电网络的稳定。耶拿电池以使用有机材料的氧化还原液流电池(RFB)为基础,成功研发了该项技术,并率先在全球范围内应用于商业领域。该电池中两种有机电解液位于不同的电解池槽中,它们被膜分隔用于存储电流。巴斯夫作为合作方将负责提供其中的一种电解液,该电解液以一种胺类物质作为化学中间体,而巴斯夫能够大规模生产该种化学中间体产品。耶拿电池计划在2020年向市场投放首批新型氧化还原液流电池。     

钠离子电池负极材料的储钠机制及性能研究进展

绿色能源的应用,促使着电化学储能与转换技术的飞速发展。锂离子电池作为储能领域最成功的二次离子电池之一,已被应用于各种电子产品中,但是由于锂资源短缺造成锂离子电池的成本增加,限制了其在大规模储能设备领域的应用。因此,寻找价格低廉、性能优异的二次离子电池是当下的研究热门之一。钠离子电池不仅拥有和锂离子电池相似的工作原理,而且还具有成本低、资源丰度大和可逆容量高的特点,有望成功地代替锂离子电池而应用于商业化生产。本工作主要综述了钠离子电池负极材料的性能研究进展,首先根据钠离子在负极材料存储方式不同,分析归纳了负极材料的插层反应、合金化反应和转换反应三种储钠机制,然后介绍了负极材料的结构修改、元素掺杂和材料复合三种改性方式,随后重点介绍了碳基材料、钛基材料、合金类材料、转换类材料和有机材料等几种关键的钠离子电池负极材料的电化学性能和所面临的问题,最后,以实际生产和工业应用为基础,展望了钠离子电池负极材料的研究方向。     

有机金属骨架材料在电化学储能领域中的研究进展

金属有机骨架材料（MOFs）由于其高比表面积、可调孔结构以及多样的组成等引起了学者们的极大关注,尤其在电化学储能领域取得了较大的研究进展。本文综述了近几年MOFs基材料在锂硫电池、锂离子电池和超级电容器等电化学储能领域中的应用。详细介绍了MOFs及其复合材料作为锂硫电池正极载体时与活性物质的作用机理,探讨了MOFs对活性物质硫的物理封装和化学配位作用。此外,阐述了MOFs衍生碳材料因独特孔结构、较强导电性和丰富活性位点等作为电极材料时对电池性能的提升。最后对MOFs基材料在电化学储能中的研究前景作出了展望,指出MOFs基材料中杂原子比例的控制和孔道设计是未来研究的重点。     

Development of nitrogen-doped carbons using the hydrothermal method as electrode materials for vanadium redox flow batteries

Nitrogen-doped carbons are suggested as electrochemically active materials for V(IV)/V(V) redox couples for a vanadium redox flow battery (VRB). These materials were synthesized using a hydrothermal reaction of aqueous glucose solution in the presence of ethylenediamine as a nitrogen source. The physical and electrochemical properties of the nitrogen-doped carbons are characterized by cyclic voltammetry, high-resolution transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectrometry. These results reveal that the hydrothermal method is an effective way to synthesize high-content nitrogen-doped carbons. Nitrogen doping significantly improves catalytic activity and reversibility. Therefore, use of nitrogen-doped carbon is expected to increase the energy storage efficiency of VRBs.     

半固态储能电池的研究进展

半固态储能电池结合了可充电电池的高能量密度和液流电池设计灵活的优点,是一种新型电化学储能技术,近年来受到人们的广泛关注。通过综述半固态电池在锂离子电池、锂硫电池、锌电池、空气电池、有机电池及其他不同类型的储能电池领域的研究进展,并探究了半固态电极中的活性材料、导电剂、电解液及电池结构对半固态电池性能的影响,进而对半固态电极发展中存在的问题进行了分析和总结,发现通过开发新材料与新化学体系,可有效提高半固态电池的性能。最后提出展望,今后半固态电池的研究重点为提高电池能量密度、循环稳定性以及降低浆料黏度等。     

新能源化工技术

发展新能源是实现“碳中和”战略目标的必由之路。本文首先勾画出可再生能源转换利用基本途径,指出新能源化工技术研究的理论基础是电化学工程、光化学工程、生物化学工程、分子化学工程、系统工程和人工智能等;其次,以可再生能源制氢、燃料电池发电与化学品共生、太阳能转换过程为例,阐明可再生能源资源转换中的化工问题;第三,通过对锂离子电池和钠离子电池中多元过渡金属氧化物正极材料及其电极制备过程开发,揭示电化学储能材料与器件制造过程工程特性;第四,介绍了化工系统工程和人工智能在电池状态预测模型构建、综合能源系统管理、光-储-充系统集成与优化运行中的应用。最后,根据各种案例分析,归纳出新能源化工研究的本质是将新能源转换与储存中涉及的“生物/光/电化学反应”,从实验室放大到规模化生产装置,阐明反应中的传质、传热和传荷机理及其反应工程特性。对未来新能源化工技术研发,从“共性科学问题”和“关键技术”两个层面提出了若干研究方向以供参考。     

Which Parameter is Governing for Aqueous Redox Flow Batteries with Organic Active Material?

A multitude of factors contribute to the performance of redox flow batteries with organic active material. In this work, experimental and theoretical methods are elucidated to give information about the most important of these: redox potential, kinetic rate constant, diffusion constant, and solubility. They are found to be highly interdependent – especially for different solvents. By implication, novel organic active materials have to be analyzed jointly by chemists, materials scientists, and by reaction and process engineers to propel the redox flow battery as future energy storage device.     

水系锌离子电池的研究和产业化进展

水系锌离子电池是一种新型的绿色电池体系,不仅具有廉价、安全、环保的特点,还具有较高的功率密度,在储能等诸多领域具有很好的应用价值和发展前景。综述了水系锌离子电池正极材料、锌负极和电解液的基础研究和产业化进展,包括二氧化锰正极材料开发、电池器件制备和应用。总结了目前水系锌离子电池产业化的可行性和难点。提出了亟需解决的3个关键问题：首先,水系锌离子电池体系的反应机理仍需深入研究以指导高性能正负极材料开发;其次,高纯度二氧化锰正极材料、耐腐蚀集流体、耐刺穿隔膜等产业链关键环节缺失制约了商业化电池的开发;最后,从实验室到中试及规模化放大过程中电池性能明显降低,系统的电极制备和电池组装工艺仍需系统化研究。