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...     

钒氧化还原液流电池正极电解液热稳定性的研究进展

钒氧化还原液流电池是一种优势众多、较为理想的大规模储能技术.电解液作为钒电池的核心部分,其热稳定性直接决定了钒电池的稳定性和使用寿命.从电解液组成比例、支持电解质种类和添加剂3方面综述了钒电池正极电解液热稳定性的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.     

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。     

全钒液流电池充电/放电过程模型

建立全钒液流电池充电/放电过程模型,描述钒离子在离子传导膜中渗透产生的自放电现象对电池过程影响,反映电解液中不同价态钒离子浓度随时间变化规律,以及电池开路电压、端电压的时间依存性。通过与实验结果对比,数值模拟与实验结果保持良好一致性,验证所发展的数学模型的有效性。利用数值模拟再现实验结果,研究了充放电电流与电池容量的关系。结果表明：电池容量随电流的变化存在峰值。所建立的全钒液流电池过程模型,为液流电池储能系统的设计和操作提供依据。     

添加剂对钒液流电池正极液的影响

研究了添加剂酒石酸、乙二酸、柠檬酸、葡萄糖对钒电池正极液电化学性能和稳定性的影响,并对其规律和机理进行了探讨。CV研究结果表明:含有多个-OH的有机物葡萄糖能明显提高正极液的阳极峰电流,含有多个-COOH的乙二酸能明显提高正极液的阴极峰电流,而含有多个-OH和多个-COOH的酒石酸对正极液的阴、阳极峰电流均有明显提高。同时,酒石酸(含氧官能团-OH和-COOH)能与5价钒作用,阻碍钒离子聚合,从而提高了5价钒的稳定性。交流阻抗测试表明,正极液中添加酒石酸能大大降低电荷传递电阻和溶液电阻,电解液的性能得到了显著提高。     

全钒液流电池用质子传导膜研究进展

全钒液流电池(VRB)作为一种大规模蓄电储能装备,在可再生能源发电和节能技术领域将发挥重要作用。质子传导膜是VRB中的关键材料之一,其作用主要有两方面:传导质子连通电堆内电路;阻止正负极电解液间不同价态钒离子的相互渗透,避免能量损失。质子传导膜性能对电池效率和成本有重要影响。在分析VRB基本原理基础上,阐明质子传导膜需同时满足优良的导电性、阻钒性、稳定性和合理成本等要求。以高分子膜的化学组成与物理结构的演化过程为线索,分别论述三类膜材料,包括Nafion系列膜、非全氟型质子传导膜、纳米尺度孔径的多孔膜。在归纳现有膜材料化学结构、物理性质与电学性能的基础上,阐述高性能质子传导膜的重点研究方向与发展前景。     

钒电池用硫酸氧钒的制备研究

围绕钒电池用硫酸氧钒的制备,通过理论分析和试验结果确定本研究制备V(Ⅳ)溶液可行性和优势,并初步研究了此电解液的性能,确定化学法利用攀钢的氧化钒制备硫酸氧钒溶液最佳工艺条件。     

钒液流电池在不同温度下的充放电特性

利用10电池电堆考查了在15~35℃范围内温度对钒电池极化曲线、循环效率、充放电容量以及自放电性能的影响,并进行了机理分析,测试结果表明,在温度逐渐升高的过程中,除电流效率逐渐降低外,电压效率、充放电容量、自放电速率均逐渐升高,在实际应用过程中,应严格对温度进行控制以保证钒电池系统的稳定运行。     

液流电池双极板材料研究进展

对双极板材料的最新研究进展进行了综述,对不同的材料进行比较分析,提出了面临的挑战,并对未来发展方向进行了展望。     

液流电池多孔离子传导膜研究进展

液流电池具有安全性高、性价比高、寿命长、环境友好等特点,是大规模储能的首选技术之一。离子传导膜是液流电池的关键材料之一,其性质和成本与液流电池储能系统的性能和成本直接相关。多孔离子传导膜基于“尺寸筛分”效应实现对活性物质的隔离和对载流子的传导,具有选择性高、离子传导性高和稳定性好等特点,在液流电池中具有良好的应用前景。通过多孔离子传导膜的结构调控,可以进一步优化多孔离子传导膜的选择性、传导性等性能,从而推动液流电池的产业化。本文基于多孔离子传导膜的研究进展,总结不同多孔离子传导膜的修饰策略,包括成膜参数的调节、混合基质多孔离子传导膜的制备、复合多孔离子传导膜的制备和后处理,为离子传导膜进一步的结构调控和性能优化提供理论指导。     

全钒液流电池模拟与仿真研究进展

全钒液流电池(VRB)的模拟和仿真是电池系统设计、放大、控制和优化的基础。根据VRB模型的复杂程度,本文详细介绍了VRB经验和半经验模型的研究内容,重点分析了近年来发展迅速的机理模型研究,对比分析了每个模型的优缺点,指出了VRB模拟和仿真未来的研究方向主要是建立接近真实的模型以及与实际运行控制系统联合,同时模拟仿真的实体也应从单电池向电堆、模块和电池系统发展。     

暂态边界电压法在线测试全钒液流电池阻抗

国内首次采用暂态边界电压法在线研究了全钒液流电池（VRB）的特性,建立了由电压源、电阻以及一个电阻与电容并联的3部分串联而成的等效电路模型;研究了电流密度和荷电状态（SOC）对等效电路元件的影响。实验结果表明,极化阻抗随电流密度的增加有轻微下降,在充电初期和放电末期达到最大值。与极化阻抗相比,充、放电过程中的欧姆阻抗最大,是导致电压损失的主要因素,分别为1.905Ω?cm2和 2.139 Ω?cm2,暂态边界电压法是一种简单且有效的表征全钒液流电池性能的新方法。     

羟基自由基对全钒液流电池石墨毡电极的性能影响

采用H2SO4和H2O2的分解产物羟基自由基,对石墨毡电极进行表面处理。循环伏安法和交流阻抗测试显示,处理后石墨毡的阴阳极峰电流分别提高160.96%和120.24%,极化反应电阻从74.95 Ω·cm2显著降低至18.92 Ω·cm2。红外光谱测试表明石墨毡处理后表面含有大量含氧亲水基团,拉曼光谱测试结果显示处理后石墨毡的石墨化度降低,进一步证明了石墨毡电极表面受到了不同程度的氧化。X射线光电子能谱测试显示石墨毡处理后的含氧量提高0.58%,定量地证明了红外光谱和拉曼光谱的测试结果。采用自制静态单电池对石墨毡电极进行测试,处理后石墨毡的充放电容量分别提高37.04%和22.22%,表明该方法处理石墨毡电极能够显著提高全钒液流电池性能。     

全钒液流电池关键材料研究进展

全钒液流电池是一种新型高效电能转化与储存装置。由于其电池输出功率与储能容量彼此独立,适用于风能、太阳能等可再生能源发电过程和电网调峰过程作为规模化储能装置使用。本文在介绍全钒液流电池原理基础上,重点围绕电池过程的关键材料展开讨论,包括电极材料的种类、各自特点与电极改性方法;电池隔膜材料的筛选结果、材料改性方法等国内外研究进展。     

离子液体BMIMBF4对全钒液流电池正极电解液的影响

为提高全钒液流电池的能量密度和正极电解液稳定性,采用循环伏安、交流阻抗等方法,研究了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（BMIMBF₄）作为正极电解液添加剂对溶液稳定性和电化学反应活性的影响,并对其机理进行了初步探讨。实验结果表明,添加BMIMBF₄后,正极电解液中五价钒离子的稳定性显著提高,电解液的电化学反应活性也有所提升。当添加量为1%时,电池的单位体积电容量比有所增加,并且能量效率有所提升。     

大规模蓄电储能全钒液流电池研究进展

全钒液流电池是一种新型蓄电储能设备,不仅可以用作太阳能、风能发电过程配套的储能装置,还可以用于电网调峰,提高电网稳定性,保障电网安全。本文综述全钒液流电池的国内外技术发展状况,包括研究开发历史、电池关键材料和典型工艺过程;展望大规模蓄电储能的电池技术未来发展趋势。     

全钒液流电池电解液流场结构优化设计

全钒液流电池电解液流场结构合理可使电流密度、钒电解液分布均匀,降低极化,提高电池性能。设计3种不同的电解液流场,研究流场结构对电池极化、充放电电流电压、功率密度和能量效率的影响。结果表明蛇形流场结构简单且易于加工,可使钒电解液均匀分布,增强电解液对流传质能力,能较充分利用钒电解液储能容量,电池的输出功率密度最高可达31.6 mW/cm2,与传统平行流场相比,电池电流效率提高13.9%,电压效率提高6.3%,能量效率提高14.8%,放电容量提高了35.3%。     

Modification and evaluation of membranes for vanadium redox battery applications

Several commercial ion exchange membranes were evaluated for application in the vanadium redox battery. The polyether membrane, DF120 cationic exchange membrane, showed the highest permeability to vanadium ions and the worst chemical stability in V(V) solution, while the divinylbenzene membrane, JAM anionic exchange membrane, showed the lowest permeability to vanadium ions and the best chemical stability in V(V) solution. In order to impart some cationic exchange capacity to the JAM anionic exchange membrane, sodium 4-styrenesulfonate was used to modify the anionic membrane by in situ polymerization. Measurements by infrared spectroscopy (IR) and cationic ion exchange capacity (IEC) verified that the modification procedure imparts cationic exchange capability to the membrane. Incorporation of cationic exchange groups to the anionic exchange membrane further results in a reduction in permeability to vanadium ions. The current and energy efficiencies averaged over 8 charge/discharge cycles of the cell with the treated JAM membrane were higher than that with the untreated JAM membrane. The current and energy efficiencies of the cell with the treated JAM membrane did not change over several charge/discharge cycles, which indicates good chemical stability of the treated membrane in the vanadium redox cell. The average efficiencies of the cell with the treated JAM membrane are higher than that with Nafion 117 over 8 charge/discharge cycles.     

A simple model for the vanadium redox battery

A two-dimensional stationary model, based on the universal conservation laws and coupled with electrochemical reactions, is applied to describe a single all-vanadium redox flow cell. Emphasis is placed on studying the effects of applied current density, electrode porosity and local mass transfer coefficient on the cell performance. The model results indicate that bulk reaction rate depends on the applied current density. The transfer current density and over-potential increase almost twice as the applied current density doubled. A decrease in electrode porosity leads to a more rapid depletion of the reactant concentration, a higher integral average value of the transfer current density and a more uniform distribution of the over-potential. The local mass transfer coefficient only affects the value of the over-potential.