全钒氧化还原液流电池开发研究

  

全钒氧化还原液流电池开发研究

项目背景

我国地域辽阔,可用于发电的风能、太阳能资源十分丰富。国家气象资料显示,我国陆地可利用的风能资源为 2.53亿千瓦,包括海上风能资源在内,可利用资源总量达到7.5亿千瓦。西部地区大气污染小,太阳光照时间长,光照强度可达1~1.2KW/m 2 。近期通过的《中华人民共和国可再生能源法》,利用国家法律手段推进我国在利用风能、太阳能发电方面的科技创新和技术进步。尽管现存多种利用太阳能、风能的方法和途径,直接将其转换为电能进行利用,具有转化效率高,社会总体成本低,技术经济方面占有优势,成为切实可行的技术路线。然而,由于风能、太阳能随着时间变化其能量密度发生显著变化,如昼夜温差造成风力大小差异,不同时间段太阳光照强度变化明显,引起发电装置的功率输出存在大幅度波动,难于满足社会对持续、稳定、可控的电力能源需求。本项目研究发展适合于大规模电能储存的全钒氧化还原液流电池系统,将不稳定的电能输入变为连续、安全可靠的电能输出,解决规模化利用风能、太阳能发电过程中的重大储能技术问题,将成为可持续发展战略的重要技术产业。

关键词: 规模化电能储存;风力发电;光伏发电;液流电池

技术经济分析

全钒氧化还原液流电池( VRB)通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放,是众多化学电源中唯一使用同种元素组成的电池系统,从原理上避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产成的交叉污染。全钒氧化还原液流电池原理如图所示,将一定数量单电池串联成电池组,可以输出额定功率的电流和电压。

 * 规模大 : 通过改变储槽中电解液的量,能够满足太阳能、风能发电过程大规模储能容量需求;通过调整电池堆中正负半电池的对数和电极面积,满足额定放电功率。
* 寿命长: 电池正负极反应均在液相中完成,充放电过程仅仅改变溶液中钒离子状态,没有外界离子参与电化学反应,理论上可以进行无限次任意程度的充放电循环,极大延长电池的使用寿命。国际上建成的 VRB实验电堆,经过13000次循环充放电,验证系统的稳定性和技术可靠性,其寿命远高于现有的铅酸电池系统。
* 成本低: 在电池关键材料制备与选取方面,立足国产化、规模化和低成本化的指导原则,所开发的 VRB系统成本远远低于燃料电池等化学电源,具有强有力的市场竞争能力。
* 效率高: 由于正负半电池电解液中的活性物质分别储存在不同的储槽中,完全避免电解液保存过程的自放电消耗。 VRB系统可以对储能容量和放电功率分别进行独立设计,经过优化的电池系统充放电效率高达80%。

全钒氧化还原液流电池用于电能和化学能相互转化,适合于大规模电能储存,在风能、太阳能发电过程;现有电网系统的“消峰填谷”,改善电网安全性和可靠性;通讯系统的应急电源等领域,存在广阔的应用空间。该项技术的开发利用,预计每年将存在数十亿元的市场需求。

技术基础

经过多年高分子功能膜分离领域的科学研究,已经在 VRB过程的隔膜材料制备工艺,膜过程和电化学材料有关的测试和表征方法等方面积累丰富经验。系统研究了适合于全钒氧化还原电池系统的隔膜材料、正负半电池的电极、双极板、电解液制备等关键技术和装置、开发了连续监控和数据采集的自动化测试系统,在实验室规模取得成功。为了使该技术和装置迅速走向实用化,寻求合作伙伴进行工业化放大研究和 100KW的现场中试。

联系方式

清华大学化学工程系 联系人:王保国

电话: 010 - 62788777

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