大規模液流釩電池儲能技術的進展

2020-12-06 黑武士科訊

隨著我國經濟發展和人民生活水平的提高,能源需求增長迅速,然而,能源安全與環境汙染已經成為我國國民經濟發展的掣肘。如何安全、清潔的解決我國能源問題是一個重大議題。開發替代化石能源的可再生、環保、清潔的天陽能和風能勢在必行。

但是,可再生能源的間斷性、波動性的特點對大規模儲能裝置提出了更高的要求。液流電池作為清潔能源存儲技術之一,與目前市場中的其他電池相比,具有大功率、長壽命、支持頻繁大電流深度充放電、安全穩定可靠等優點。

1974 年 Thaller 在第九屆能量轉換工程會議上首次提出了氧化還原液態電池,1978 年義大利人 A.Pellegri 等首次發表關於液流電池的專利,1984 年澳大利亞南新威爾斯大學(UNSW)開始對液流電池展開系列研究,並於 1991 年研發成功1kW 電池電堆。

2004年2月,VRB Power為Pacific Corp公司建造的2MWh大型液流電池儲能系統正式竣工,成為北美地區第一作大型商業化液流電池儲能系統,主要起著削峰填谷和平衡負荷的作用。2014 年哈佛大學的 Aziz 等發表關於非金屬溴 / 醌液流電池,此電池與釩電池能量密度接近,但是電解液的成本遠遠低於釩電池,對於大規模推廣具有優勢。

目前液流儲能電池技術主要存在如下四方面問題:

(1)電解質溶液穩定性需進一步提高改善。其成本佔整個電池系統超過 50%,其穩定性直接影響整個電池系統的穩定性。

(2)電池管理系統方面應儘快實現模塊化設計,可靈活配置各種系統,降低生產成本;開發出友好的人機界面,可以讓操作人員一目了然掌握整個系統的工作狀態、運行參數。 開發出先進的故障診斷系統,能夠在管理故障數據的同時,提供與應用程式診斷儀的診斷服務,並建立電池系統故障顯示機制和故障處理機制

(3)電池系統成本較高。液流儲能電池與鉛酸、鋰電池相比目前的成本相對較高,特別是由於供給側改革和環保壓力下引起的原材料上漲,有的關鍵部件還未實現國產化替代,比如國內離子交換膜技術還未突破,杜邦公司的 Nafion 膜幾乎獨步天下。由於沒有替代產品,價格非常昂貴,這個將是未來我國材料企業重點攻克的領域之一。

綜上所述,能否大規模推廣液流儲能電池在發電側、輸電側和用戶側以及新能源併網等領域的應用及推廣,取決於我們在液流電池的關鍵技術領域及材料方面研發的突破,特別是系統成本的下降以及與鋰電池的綜合比較優勢。

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