領(lǐng)跑前沿的液流電池

風(fēng)能、太陽(yáng)能等可再生能源的發(fā)展聚集了太多關(guān)注，被賦予了太重使命，但可再生能源受自然因素影響，真可謂是“給點(diǎn)陽(yáng)光就燦爛，給點(diǎn)微風(fēng)就亂顫”。燥熱無(wú)風(fēng)的夏日夜晚，人們真正需要電能以安眠之時(shí)，靠風(fēng)能太陽(yáng)能發(fā)電就是癡人說(shuō)夢(mèng)了。是否有相應(yīng)的能量?jī)?chǔ)備設(shè)施把清潔能源存儲(chǔ)起來(lái)，隨時(shí)供能?液流電池，絕對(duì)是綠色儲(chǔ)能的得力助手。

鉛酸電池、鎘鎳電池、鋰離子電池、氫鎳電池……電池可謂走過(guò)了二萬(wàn)五千里長(zhǎng)征，種類多得漸欲迷人眼。液流電池最早于1974年由美國(guó)科學(xué)家ThallerL.H.提出并申請(qǐng)專利，其儲(chǔ)能規(guī)模介于電網(wǎng)和各種便攜式電池之間，恰好填補(bǔ)大型電網(wǎng)和小型電池間的空白，但也有一定限制，在液流電池中用于儲(chǔ)存的化學(xué)物質(zhì)不是價(jià)格昂貴就是難以保存。例如，釩氧化還原液流電池中，因?yàn)殁C價(jià)格高昂，使得每千瓦時(shí)的存儲(chǔ)成本很高;鈉硫電池運(yùn)行時(shí)內(nèi)部成分成熔融狀態(tài)，要求容器耐高溫。

液流電池PK傳統(tǒng)蓄電池

近些年發(fā)展的液流電池憑借其經(jīng)濟(jì)環(huán)保高效的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到人們青睞。液流電池是一種高性能可再充電的電池，活性物質(zhì)以液體形式儲(chǔ)存在電池體外，既是電極活性物質(zhì)也是電解質(zhì)溶液。由于電池的容量是由電池中的活性物質(zhì)量直接決定的，所以液流電池容量很大;其正負(fù)極電解液被分裝在兩大儲(chǔ)液罐中，通過(guò)循環(huán)泵在電池內(nèi)外循環(huán)流動(dòng)，載體為液體，在離子交換膜兩側(cè)的電極上分別發(fā)生還原和氧化反應(yīng)以產(chǎn)生電流。

全釩離子液流電池是液流電池一個(gè)典型代表，功率大小取決于電堆，容量取決于電解液，電堆與液罐分離使釩電池有可能成為城市電動(dòng)公共汽車的主要能源。全釩離子液流電池的充放電反應(yīng)為液相反應(yīng)，不包含復(fù)雜的固相變化，深放電達(dá)100%且對(duì)電池組無(wú)危害，貯存壽命長(zhǎng)，擴(kuò)容簡(jiǎn)易，并且可以快速充電。

相比之下，在汽車和移動(dòng)設(shè)備中所常見(jiàn)的固態(tài)電極電池就遜色得多，活性物質(zhì)是被包裹在固態(tài)電極之內(nèi)，載體為固體，其容量受到了限制。這樣在電耗光之前只能保持不到一小時(shí)的峰值放電功率。例如，要存儲(chǔ)一個(gè)一兆瓦的風(fēng)力渦輪機(jī)在50小時(shí)內(nèi)所發(fā)的電量(50兆瓦時(shí)，或5萬(wàn)千瓦時(shí)的電)，一種可行的解決方案是買一個(gè)50兆瓦時(shí)能量存儲(chǔ)的固體電極電池。然而只需要1兆瓦能量卻要花錢買電容為50兆瓦的電池，太不劃算了吧?

領(lǐng)跑前沿的液流電池

哈佛大學(xué)的工程師和化學(xué)家正在研發(fā)一種新型液流蓄電池，這種電池技術(shù)讓人們看到綠色儲(chǔ)能的大好前景：成本效益高，成本低廉，安全綠色不損害生態(tài)環(huán)境。研究帶頭人邁克爾·阿齊茲表示使用某種特定有機(jī)小分子是技術(shù)關(guān)鍵，而這些小分子可以在植物中找到，以極低的價(jià)格人工合成，室溫下即可存儲(chǔ);此外，它們可以在儲(chǔ)能所需的化學(xué)狀態(tài)中高效循環(huán)。新一代液流電池可以用于局部能量存儲(chǔ)方面，如在房頂配有太陽(yáng)能板的住宅或辦公室的地下室里，或者直接并入風(fēng)場(chǎng)和太陽(yáng)場(chǎng)，在邊遠(yuǎn)地區(qū)，這項(xiàng)儲(chǔ)存太陽(yáng)能的技術(shù)甚至可以超過(guò)鉛酸蓄電池。

此外，科學(xué)家得到啟發(fā)，將鋰離子電池的綠色環(huán)保和高能量密度特點(diǎn)與液流電池的輸出功率和儲(chǔ)能容量可獨(dú)立設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出新型儲(chǔ)能電池——鋰離子液流電池。鋰離子液流電池是最新的一種化學(xué)電池技術(shù)，它綜合了鋰離子電池和液流電池的優(yōu)點(diǎn)，是一種輸出功率和儲(chǔ)能容量彼此獨(dú)立、能量密度大、成本較低的新型綠色可充電池，目前處于技術(shù)原理研究和基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)階段，相關(guān)技術(shù)研究與發(fā)展有望開(kāi)辟一類安全、環(huán)保和低成本的新型儲(chǔ)能電池路線，并在未來(lái)廣泛應(yīng)用于新能源電網(wǎng)的儲(chǔ)能系統(tǒng)