全釩液流電池不對稱設計及相關科學問題研究

《全釩液流電池不對稱設計及相關科學問題研究》是依託清華大學，由席靖宇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：全釩液流電池不對稱設計及相關科學問題研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：席靖宇
• 項目類別：面上項目

項目摘要

全釩液流電池（釩電池）具有易規模化、長壽命、選址自由等特點，是最有前景的儲能技術之一，可套用於大規模儲能、電網調峰、分散式供電等領域。能量密度偏低和蓄電容量衰減較快是制約釩電池實際套用的技術難題和研究熱點。本項目擬通過對釩電池正、負極的電極（電極活化程度和厚度的不同）和電解液（釩離子濃度和硫酸濃度的不同）進行不對稱設計和調控，實現釩電池正、負極電化學反應的電極過程動力學匹配，減少析氫（氧）副反應，降低釩電池充、放電過程中的電解液淨遷移率，提高釩電池的電流效率和能量效率，延長其循環壽命；同時在不對稱釩電池長期充放電運行過程中，線上監測正、負極電解液濃度和體積變化，實時跟蹤正、負極電解液儲罐氣相組分中的副反應產物濃度變化，結合電池充放電測試數據和電化學阻抗譜的變化趨勢，揭示不對稱釩電池的電解液失衡和電池容量衰減機制，為進一步研製基於不對稱設計的大功率、長壽命、高效率釩電池儲能系統提供科學依據。

結題摘要

全釩液流電池具有容易規模化（兆瓦級）、超長壽命（＞10000次循環）、設計靈活（功率和容量獨立）、安全性高（水相電解液體系）、回收殘值高（電解液幾乎可永久性利用）等突出優點，成為目前發展最快、最有前景的大規模（電網級）儲能技術之一。能量密度偏低和蓄電容量衰減較快是制約全釩液流電池實際套用的技術難題和研究熱點，對全釩液流電池的關鍵材料（電極和電解液）進行系統研究和合理使用是解決上述問題的有效手段。本項目的主要研究內容包括全釩液流電池線上監測系統的搭建及最佳化、電極評價方法學最佳化、電極在半電池和全電池下的合理電化學評價、正極析氧副反應的線上檢測、負極析氫副反應及其抑制、正負極電解液的不對稱設計以及酸度對電解液和電池性能的綜合影響等方面。通過對全釩液流電池電極和電解液進行不對稱設計和調控，有效地抑制了充放電過程中析氫（氧）等副反應、降低了電解液淨遷移率、減緩了蓄電容量衰減、提高了能量效率和循環穩定性。結合線上監測系統所獲得的正負極電解液體積、各價態釩離子濃度和副反應比例等實時數據，揭示了長周期循環過程中全釩液流電池電解液失衡和電池容量衰減機制。我們相信，本項目在電極、電解液和線上監測等方面取得的基礎/創新研究成果，將為進一步研製基於不對稱設計的大功率、長壽命、高效率全釩液流電池儲能系統提供科學依據和數據支持。