导流结构和电极结构对全钒液流电池性能的影响

设计了平直并联和蛇形流道以及平整式和开孔式电极结构,比较了它们对全钒液流电池(VRB)性能的影响.在单体电池的充电电压为1.6 V,放电电阻为1 Ω的情况下,蛇形流道和开孔式电极能够有效提升VRB的性能.能量效率分别比平直并联流道和平整式电极提高11.0%和8.7%.     

全钒氧化还原液流电池电解液的研究进展

全钒氧化还原液流电池(全钒液流电池)适用于大规模和分布式新能源接入、智能电网等领域。电解液的成本对全钒液流电池的推广与应用有重要影响。从降低成本和提高稳定性两个角度,综述近年来全钒液流电池电解液的研究进展。降低成本方面,当前工业化制备电解液主要是联合使用化学还原法和电解法,下一步主要是萃取法;从提高稳定性角度出发,介绍添加剂提高正极电解液和负极电解液温度稳定性,以及采用不同支持电解质在提高电解液浓度稳定性方面的研究进展;最后,从工业化生产角度,对全钒液流电池电解液的研究进行分析和总结。     

流道结构与电解液流动状态对VRB性能的影响

设计了两种不同的流道结构,考察了在平流和穿流情况下,电解液流动状态对全钒液流电池(VRB)性能的影响。改变电解液的循环流量,考察了活性物质的供应量和流动状态对充放电电压的影响。穿流结构的流道可增加电极的有效面积,改善电解液流动的均匀性,提高能量效率1.5%~5.0%。电解液流动状态对能量效率的影响约在1.5%以内,弱于流动方式和流道结构的影响。     

全钒液流单体电池性能研究

采用草酸还原法制备了电解液,实验室自组装了单体电池,考察了不同电流、电解液流量对单体电池容量、库仑效率、能量效率的影响,并评价了单体电池的自放电和内阻特性。结果表明,随充放电电流密度增大,库仑效率变化不大,电压效率降低导致能量效率降低;固定电流密度,随电解液流量增加,电池能量效率增大,流量在近300 mL/min时能量效率达到63%;电池自放电26 h,电压仍处于平台上;充电态动态阻抗值比静态阻抗值大,放电态动态阻抗值比静态阻抗值大,充电态静态阻抗随SOC的增大而减小,放电态静态阻抗随SOC的减小而增大。     

全钒液流电池电解液研究进展

全钒液流电池主要由电堆、电解液及管路系统三个部分组成。电解液作为电能存储场所,其浓度和体积决定了电池容量的大小,电解液的稳定性和温度适应性也决定了电池的使用寿命和使用范围。主要从全钒液流电池电解液的制备、分析方法和性能优化及稳定性等方面对钒电解液的研究进展进行了概括和总结,并针对电解液现存的一些问题提出了思考,展望了电解液研究的发展方向。     

全钒液流电池电解液的制备和性能优化研究进展

全钒液流电池是一种新型的适用于大规模储能的电池,钒电解液是全钒液流电池的重要组成部分,电解液的制备及性能优化是全钒液流电池的一个研究热点。介绍了全钒液流电池电解液的制备和性能优化的研究进展,并展望了全钒液流电池电解液研究的发展方向。     

全钒液流电池用PVDF基离子交换膜

制备了3种聚偏氟乙烯(PVDF)基离子交换膜,比较了面电阻、离子交换容量(IEC)、含水率和钒离子渗透速率.PVDF与丙烯磺酸钠(SAS)共混制备的PVDF-SAS膜的面电阻最小,为1.2Ω·cm2,IEC达到1.16 mmol/g.FT-IR分析表明:这种膜在制备过程中,SAS的C=C键在长时间高温后发生了聚合反应,与PVDF形成了互穿网络结构.自放电实验表明:所制备的膜在开路状态下,钒离子渗透速率小于8.8×103V/h.     

电解液输送系统对全钒液流电池储能系统性能影响

搭建了三种模式的电解液输送系统,通过模拟和实测,探讨管路旁路电流和泵功率对电解液输送系统的影响。在70 kW储能系统中进行不同电解液输送系统的测试,测试结果表明,随着泵数量的增加,储能系统充放电时间增加,功率单元能量效率也有一定提升,并且储能系统的充电能量和能量效率也有小幅增加。对储能系统中能量损耗进行分析,电解液输送系统的损耗随泵数量增加而逐渐降低,其中泵损耗增加,管路损耗降低,在模式3中,电解液输送系统能量损耗占比10.82%,其中泵损耗9.21%,管路损耗1.60%。对模式3中储能系统中各部分能量损耗进行研究,其中系统效率为66.50%,电解液输送系统消耗10.82%,功率系统消耗18.18%,控制系统消耗0.76%,储能逆变器消耗3.76%。     

添加剂对全钒液流电池正极电解液的影响

研究了正极电解液添加剂尿素、乙二胺四乙酸(EDTA)、柠檬酸和K2SO4对全钒液流电池正极电解液荷电状态(SOC)及氧化还原电位的影响。研究结果表明,无机添加剂K2SO4和有机添加剂尿素、EDTA和柠檬酸的加入均使正极电解液的氧化还原电位负移,且EDTA和柠檬酸的加入使正极电解液的氧化还原电位的变化范围明显减小。加入EDTA和柠檬酸使正极电解液的SOC减小,SOC变化范围显著变窄;加入尿素和K2SO4使正极电解液的荷电状态变化范围变宽。对于有机添加剂,添加剂使正极电解液电位电极变化越大,其SOC变化也越大。有机添加剂对正极电解液氧化还原电位的影响是由于其能够和正极电解液中的五价钒离子发生氧化还原反应;K2SO4对正极电解液氧化还原电位的影响是由于其与五价钒离子发生络合反应。     

氧化石墨烯对钒液流电池电解液性能的影响

以氧化石墨烯(GO)作为全钒液流电池正极电解液添加剂,研究含量不同的GO对钒电池正极电解液电导率、循环伏安曲线及电池容量和能量效率的影响。结果表明,正极电解液的电导率先随GO添加量的增加而增大,在添加量为1%(质量分数)时达到最大值326 m S/cm,随后减小;扫描速度为5 m V/s的循环伏安曲线表明当GO含量为1%时,电解液具有最大的氧化峰电流和还原峰电流,分别为172和127 m A;首次循环与第20次循环的伏安曲线对比表明电解液稳定性很好,此时电解液性能也最佳;用GO含量为1%的电解液作为正极电解液组装静态电池,电池30次充放电循环的平均容量比空白电池提高了9.8%,容量保持率和能量效率为85.30%和79.26%,分别比空白电池的79.40%和75.35%有所提高。     

隔膜扩散特性对全钒液流单电池性能的影响

为了研究隔膜扩散特性对全钒氧化还原液流单电池充放电性能的影响,利用设计的渗透池实验测定了VO2 和VO2 在两种离子交换膜中的扩散系数,约为10-9~10-7cm2/s。使用扩散系数较小的离子交换膜组成的钒电池,充放电性能较好,电流效率达到90%。     

全钒电池组的充放电性能

简介了钒电池的特点,组装钒电池组并对其进行恒流充放电考核,结果表明:电池组的库仑效率随着充放电电流的增大而增大,最高可达到95.09%;电池组的能量效率随着充放电电流的增加而减小,最高可达到81.32%。     

液流电池系统的模块化集成特性研究

结合电力系统对储能电池的实际要求,开展了100 k W级全钒液流电池系统的集成特性研究。对10 k W级电堆多种串并联方式下的效率、内阻和主电流分布等特性参数进行了实验与分析。实验结果:在相同功率等级和功率等级扩展两方面,串并联集成方式对效率的改善优于串联方式;系统内阻随功率扩展呈非线性增长;串联电堆之间主电流的对称分布导致各电堆工作状态不一致,将导致电堆性能差异增大;为全钒液流电池储能系统的集成技术、应用仿真和可靠性评价提供了实践依据。     

温度对钒电池性能的影响

利用自行组装的实验室用钒氧化还原液流单电池,考察了25～45℃范围内温度对钒电池充放电电压、库仑效率、能量效率和自放电性能的影响,并对其影响机理进行了初步研究和讨论.结果表明:随着温度的升高,钒电池的平均库仑效率从25℃时的90.7%降到了45℃的87.4%;而电池的能量效率从25℃的81.6%降到了45℃的78.8%.研究表明:温度对电池自放电性能的影响尤为明显,在25℃时,电池的开路电压保持在0.8 V以上的时间为27 h,而在45℃则只能保持16 h.     

全钒氧化还原液流电池集流体的性能

用混炼法制备了以PP和SEBS共混物为基体材料、掺杂碳黑和碳纤维的高导电复合材料.用SEM、恒流充放电方法考察了复合材料的结构、形貌、力学性能及电化学性能.结果表明:导电介质在基体材料中高度分散,复合材料的体积电阻率小于0.1 Ω·cm,组装的单体电池的充放电能量效率为84.5%.     

用高纯V_2O_5制备钒电池电解液的工艺研究

以高纯V2O5为原料,用SO2还原法制备VOSO4、锌-氨法制备V2(SO4)3,分别作为钒电池正、负极电解液的活性物质。对电解液的制备工艺进行了研究,同时对SO2还原V2O5的反应机理进行了研究,计算了制备VOSO4的反应焓变和吉布斯自由能变化,并对制备的电解液进行了电化学性能测试。结果表明:该法生产工艺简单,生产效率高,电解液浓度可任意调配;在电流密度为5.0 m A/cm2时,电池的电流效率、电压效率、能量效率分别为94.5%、91.2%和90.1%,满足钒电池电解液的性能要求。