基本介紹
- 中文名：液相儲能
- 外文名：Liquid phase energy storage
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：能源工程
- 類型：電化學儲能
- 儲能方式：液相中的電極反應
背景,簡介,無隔膜液相儲能系統,全釩功率型液相儲能,
背景
儲能系統可以使間歇性的能源連續發電，保證系統穩定功率輸出，消除輸入功率的波動性及與負載需求的差異。儲能對電網正常穩定運行和用戶用電質量有重要作用。儲能技術可以對電力傳輸系統提供很多優勢。
儲能主要分為物理儲能和化學儲能兩種類型。物理儲能主要有機械儲能(抽水儲能，壓縮空氣等)和電磁儲能等。儲能系統應該滿足安全、長循環壽命、轉換效率高等特點。電化學儲能系統是化學儲能中主要的形式，在充電的時候電池內部發生化學反應，把電能轉化為化學能儲存起來，放電的過程中，電池再把化學能轉化為電能。電池電化學儲能系統可以直接把化學能轉化為電能，因此特別適合把其他形式的能量轉化為電能儲存起來。相比於其他的儲能裝置電化學儲能技術有更高的效率。而電化學儲能技術比其他的儲能技術有更高的能量密度。
簡介
如圖所示，傳統電池所使用的活性物質是納米固相顆粒，在大倍率快速充放電過程中(或長時間循環後)，因易發生顆粒大小的改變、相變、易從集流體上脫落等問題而變得不穩定。鋰一金屬電池一般在循環100圈後，金屬鏗的表面就會有鏗枝晶生成，使電池變得不穩定，甚至有可能刺穿隔膜，使電池發生爆炸，造成安全隱患。因此，這類電化學儲能裝置在大倍率深度充放電的條件下的循環壽命都很短，並且存在安全隱患。與此相反，電化學液相儲能，整個充放電過程都是在液相中進行，固相電極材料只作為接受和釋放電子的載體，充放電過程中不存在上述形態上的變化。整個過程不涉及固相反應，也不涉及固相離子的傳輸，反應物和產物均是可溶性的，電極可以承受大倍率快速充放電。因此，電化學液相儲能和傳統的固相儲能電池相比，高倍率深度充放電的性能更好，有更長的循環壽命，並且安全。
無隔膜液相儲能系統
液相儲能電池通常以可溶性的活性離子作為電池正負極的氧化還原電對，這就需要使用離子交換膜作為電池的隔膜以防止可溶離子的相互干擾[68-75]。離子交換膜的使用帶來許多問題:理想的高化學穩定性和高離子傳導性的離子交換膜難於得到，離子膜的使用使成本增加、系統複雜、能量轉化效率低等。近年來液相甲磺酷鉛電池正負極電解質溶液都是甲基磺酸鉛溶液，充放電過程正負極分別發生如圖的反應。
電池充電時正極沉積二氧化鉛和負極沉積金屬鉛，放電時沉積物轉化回原來的基質，因此無需使用離子交換膜，只需要使正負極不接觸，保持一定的距離即可。從而降低了電池的成本並且使電池的製作工藝得到簡化。
全沉積型鉛酸液流電池不同於傳統的鉛酸蓄電池。傳統的鉛酸蓄電池使用硫酸溶液作為電解液，其電極反應可表示為:
可以看出，充電時鉛酸蓄電池中二價鉛的來源是不溶性硫酸鉛，正負電極反應都涉及到從一種固相到另一種固相的轉變，這使電極反應更加複雜，降低了電池性能。此外，由於放電反應產物PbS氏為不良導體，一方面使電池內阻隨著放電過程而逐漸增大，另一方面，放電生成的PbSO;將活性物質Pb02包住，從而使內部的PbOZ不能參加反應。這些原因都導致了鉛酸蓄電池活性物質利用率較低。此外鉛酸電池的製作過程比較複雜，需要製作板柵，極板固化乾燥、化成等一系列複製的製作過程，而液相甲磺酸鉛電池不需要隔膜，只需要使正負極不接觸，保持一定的距離，因此不僅生產成本更低，製作過程也更加簡單。鉛酸電池由於硫酸的鹽化作用，電池不可能長時間放電狀態儲存，而液相甲磺酸鉛電池的活性物質是液相甲磺酸鉛溶液，則不會存在這種問題。
全釩功率型液相儲能
隨著科技發展和社會進步，能源和環境問題也日趨嚴峻.發展清潔高效的能源成為當今必須面對的重大問題.液相儲能作為一種新型的儲能方式以其長壽命、無污染、容量可調控等特點而廣受關注.液相儲能體系是一種基於溶液溶解態活性物質的電能和化學能相互轉換的裝置，在充放電過程中不存在固相反應和固相離子傳輸.依據需要，液相儲能體系可以設計成能量型也可設計成功率型的工作裝置。
胡俊平等藉助改變電極結構，最佳化電極活性物質流動的方式，以提高液相儲能體系的功率性能。考察電極厚度、電極活性物質的濃度、電解液的流量等因素對液相儲能體系放電電壓和功率密度的影響，探討了在不同條件下的功率特性，以設計具有高功率輸出性能的液相儲能體系。
