众所周知,现有的储能技术包括机械类储能、电气类储能、电化学储能、热储能、化学储能等。锌溴液流电池则属于其中的电化学储能技术,是氧化还原电池的一种,其概念早在十九世纪末就由C.S.Bradley首次提出。
随着储能技术的推广,全球范围内对锌溴液流电池进行了大量研究,目前锌溴液流电池主要存在的技术问题及解决方案有以下三个方面:
首先是自放电现象,由于充电时在锌溴液流电池阳极生成的溴单质具有较高的溶解度,溶于水后变成Brn-,若扩散入负极区域与锌发生反应,则会导致电池内部能量损耗,这对电池的库伦效率甚至使整个电池系统的性能有着关键性的影响。
要解决自放电问题就要避免阳极侧与阴极侧的反应物相接触并反应,可以通过设置离子交换膜,即只允许阳离子通过而Brn-无法通过以避免其与锌发生反应,但这种膜的价格较为昂贵,且存在电阻较高的问题;还可以在锌溴液流电池中采用较为廉价且电阻较小的微孔性聚合物隔膜,但鉴于这类膜对溴离子的阻力有限问题,还需通过调节电解液成分,加入溴单质的络合物使其在充电时被络合为油状物质沉底。
其次是锌枝晶的产生,当锌溴液流电池充电时,阴极生成的锌逐步沉积在电极上,随着锌沉积层厚度增加且沉积不均匀现象突出,就会导致锌枝晶的产生。树枝状的锌结晶会刺破隔膜而导致电池内部短路。为了抑制锌枝晶的产生,根本上需要得到均匀的锌沉积层,主要的方法包括:改变电解液流动速率,控制其沿电极表面均匀流动;在电解液中加入有机阻化剂以实现特定的生长模板和速率等。
最后是溴及溴化物的腐蚀性,溴和溴盐水溶液对电池材料具有较强腐蚀作用,会使其发生老化、变形等现象,这使得锌溴液流电池的电池材料特别是电极材料的选择受到一定的限制,也对电池的性能有较大的影响。
选择电极材料除了考虑耐腐蚀外,还需保证其导电性能优异、不渗透电解液、具有较好的机械性能不易变形等,一般采用的电极材料中,碳塑复合材料具有机械系能好、耐腐蚀、易加工、价廉质轻等优点,但同时会增加系统的电阻抗;不透性石墨板相对具有优异的导电性,但其价格昂贵且存在脆性。目前的研究中,还可以通过掺杂选择性催化剂物质使电极表面功能化,以保证电极材料在维持优良的耐腐蚀和机械性能的基础上进一步降低阻抗,获得较高的反应速率和电流密度。
当前全球储能市场盛行,竞争愈演愈烈,当锌溴液流电池解决上述问题后,凭借其卓越的高效率和长寿命等特点,显然更具备无与伦比的储能优势,其发展潜力有待深入挖掘和开发。长安绿电作为陕西省发展迅猛的储能高新企业,目前公司的全栈技术已经覆盖了新型储能的各个关键技术领域,包括不限于:智能硬件、电池系统、逆变器、操作系统、移动互联、能源智控、人工智能和全球数字运营等八个核心领域,而且同时全额拨款与西安交大国家储能研究平台的多位教授科学家共建新能源储能科研平台,这将为国内锌溴液流电池技术发展埋下重要伏笔,有望推动储能科技前沿进一步突破,助力我国储能产业迅速布局与增长。
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