一种采用胶体电解液的新型高能储能钒氧化还原液流电池

发布时间:2018-5-8 13:31:00

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 开发可再生能源的高容量储能技术至关重要。液流电池的经济成本相对较低,却能提供10KW10MW范围内的大规模能源。它可以帮助有效利用太阳能,风能,水电等可再生能源来缓解日益严重的能源危机和气候效应。全钒氧化还原液流电池(VRFB)是一种能满足这种储存需求的有前景的储能技术。

传统的VRFB采用石墨毡作为电极,溶解在硫酸中的硫酸氧钒作为电解液。 VRFB具有许多关键优点:两侧同样的元素(钒)以避免交叉污染,优异的循环寿命,较高的安全性和低成本。然而,VRFB仍然有一些关键的缺点,限制了它们在能源储存市场上的应用:能源密度较低(VRFB的大能量容量只能通过增加腐蚀性电解液的体积才能实现),这是由于在酸性电解液中钒物质的有限浓度而导致的。而且,尽管VRFB与能热失控的锂电池相比没有热反应的危险,但是由于工作温度范围在15-35℃之间,化学稳定性仍然受到限制。否则会影响钒的溶解,导致性能和运行周期的降低。因此,探索无腐蚀性并含有较高浓度的钒,在较宽温度范围内化学稳定的电解液,来使其性能稳定和实现较长的寿命周期,是相当重要的课题。

在这个项目中,我们的目标是通过采用胶体电解液来开发高能量的电池。胶体电解液在室温下易于制备,在较宽的温度范围内化学和机械稳定性更好,电池的环境稳定性可以因此提高,可适用于060℃更宽的温度范围。此外,它可以实现比在酸性液体电解液中更高的活性物质浓度,因此使其成为用于氧化还原液流电池的有潜力的电解液选择。此研究主要集中在以下几个方面: 1)进行物理和电化学测试,获得为VRFB模拟和建模的参数。 2)制备具有适当粘度和导电性的胶体电解液和常规液体电解液。 3)胶体和常规液体电解液的电化学表征测试。 4)提高胶体电解液中钒的浓度以优化能量密度。5)全电池的充放电运行,在更宽的温度范围内实现更高的容量和更强的稳定性。

使用胶体电解液不仅可以避免传统酸性电解液的强腐蚀性,而且能比传统液体电解液的钒离子浓度(2M)高出2-3倍(4-6M)。从而这种新型电池的能量容量可以提高2-3倍。