钒氧化还原电池。用于电力存储的大型电池系统
可再生能源的需求最大
储存可再生能源,并在不再可用时使用它的需求,提出了使用非常大的电池系统。风力发电场和太阳能电池板在特定时间产生多余的电力,这些电力可以在非高峰时段储存和输送。大规模储能电池可能是解决这一问题的答案,钒氧化还原电池是目前发展的焦点。
钒氧化还原电池如何工作
在解释钒氧化还原电池(VRB)的工作之前,有一个氧化还原反应的理论背景是有帮助的。氧化还原这个词(或还原-氧化)描述发生原子氧化数变化的所有化学反应。还原是指向分子、原子或离子中加入氢或电子或除去氧。这伴随着氧化态的降低。另一方面,氧化是指分子、原子或离子中氢或电子的去除或氧的加入。氧化值增加。这两个过程总是同时发生。
在VRB中,正极和负极电解液均含有稀释硫酸溶液中的钒颗粒。电解质储存在储罐中,并连接到主电池的每个半电池,主电池被质子交换膜分为两部分。泵用于使电解质在电解槽内循环。在阴极发生的还原反应将V 5+转化为V 4+离子,而在阳极发生的氧化反应将V 2+转化为v3 +离子。这些反应产生能量,当它们反过来时,电池就会充电。电解液循环的需要限制了钒液流电池只能大规模应用,尽管也有一些努力将其用于移动设备。
到目前为止,钒氧化还原电池的一些主要特点是它们的大过载容量(10秒内400%)和快速负载变化(响应时间在毫秒级)。
钒氧化还原电池评估
vrb必须展示的一些优势如下:
- 硫酸钒溶液易于生产和处理。
- 电池的设计和只使用一种流体,消除了任何杂质,无需更换流体。
- 快速充电是可能的(电动汽车使用的潜力)。
- 它们可以在各种电压、电流和容量下使用。
- 通过电池的流体的持续流动有助于处理废热,系统可以很容易地适应负载的突然变化。
- 大规模存储应用甚至可能包括非常规用途,如潜艇的电池备份。
尽管低能量密度(约25至35 Wh/kg)和电池的大量机械部件使VRB不适合移动应用,但设计和能量密度的改进可能会显著改变应用前景。
最近的进展
目前,德国的三个夫琅和费研究所正在研究新的膜材料和设计,已经实现了几千瓦(~80千瓦)的输出。流动模拟被用于进一步改进这些电池,研究人员预计在大约五年内突破兆瓦的门槛_。更具体地说,他们的目标是实现20兆瓦时的容量——足够为大约2000个家庭提供电力。
还做了其他的尝试。美国的第一个项目是2008年由Xcel完成的,其中1兆瓦的电池连接到明尼苏达州的一个风电场。Xcel公司也开发了类似的太阳能存储系统。在这种情况下的困难是,太阳能输出可能会急剧下降。_
美国能源部也在为一些储能项目提供部分资金。其中一项是在夏威夷安装30兆瓦的电池,另一项是在纽约安装连接电网的20兆瓦电池存储系统。
来源:
- “绿色能源巨型电池”由ScienceDaily.com
- “巨型电池平滑可变风力发电”由news.cnet.com
- “钒氧化还原电池升级”太平洋西北国家实验室
图片:
- 钒液流电池示意图由Paj.meister
- 钒氧化还原电池用于电网储能的方案由Wikichesterdit