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陈海生:储能技术在现代配电网中的应用(4)

北极星智能电网在线  来源:北极星智能电网在线    2012/10/16 16:21:26  我要投稿  

液流电池

液流电池是通过可溶电对在惰性电极上发生电化学反应而完成储电放电的一类电池。一个典型的液流电池单体的结构包括:1)正、负电极;2)隔膜和电极围成的电极室;3)电解液罐、泵和管路系统。多个电池单体用双极板串接等方式组成电堆,电堆配入控制系统组成蓄电系统。液流电池存在很多的细分类型和具体的体系,目前全球真正研究较为深入的液流电池体系只有四种,包括全钒液流电池、锌溴液流电池、铁铬液流电池和多硫化钠/溴液流电池,并都有商业化示范运行的经验。

全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery,缩写为VRB),简称钒电池,具有长寿命、大容量、能频繁充放电等优势。目前,全球范围内能够提供工业化钒电池产品的企业主要包括日本住友电工、北京普能(收购加拿大VRB)、澳大利亚V-Fuel。20 世纪90 年代起,日本、澳大利亚、美国等地已经有了一些示范运行的钒电池项目,近两年来随着全球对储能技术的关注,钒电池在中国、美国等地又陆续获得一些项目机会。

锌溴液流电池的反应活性物质为溴化锌,充电时锌沉积在负极上,而在正极生成的溴会马上把电解液中的溴络合剂络合成油状物质。目前全球锌溴电池还处于产业化发展的初期阶段,研发主要集中于美国和澳大利亚,国内近些年也陆续有企业开始从事这方面的开发。美国的ZBB 和Premium Power 公司作为著名锌溴电池厂商,已开发出具有不同规格的产品(10KW-500KW),近期更是受到美国总统、能源部及电力研究院的关注,相信将会在美国不断向前发展。此外,日本Meidensha 公司、澳大利亚的Redflow 公司,中国的大连融科等也在积极开展研发工作。

铁铬液流电池是以 CrCl2 和FeCl3 的酸性水溶液(一般为盐酸溶液)为电池负、正极电解液及电池电化学反应活性物质,采用离子交换膜作为隔膜的一类电池。铁铬液流电池系统虽然具有电解液原材料价格便宜的特点,但由于其负极析氢严重、正极析氯难以管理、系统循环寿命短。因此,20 世纪80 年代虽然日本先后研发出1kW、10kW、60 kW 甚至MW 级电堆,90 年代后期研发基本停止。最近几年,在美国有几家公司又开始进行铁铬电池的研究和产业化工作,包括Deeya 和Ktech Corporation。

熔融盐电池

熔融盐电池是采用电池本身的加热系统把不导电的固体状态盐类电解质加热熔融,使电解质呈离子型导体而进入工作状态的一类电池。二次熔融盐电池一般采用固体陶瓷作为正负极间的隔膜并起到电解质的作用;工作时,电池负极的碱金属或碱土金属材料放出电子产生金属离子,透过陶瓷隔膜与正极物质反应。目前已经具备商业化运营条件的熔融盐电池体系的二次电池主要有钠硫电池和Zebra 电池两种,都被认为是很具有发展潜力的化学储能技术而倍受关注。

钠硫电池是一种以金属钠为负极、硫为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次熔融盐电池,具有能量密度高、功率特性好、循环寿命长等优势。全球已经有超过100 个MW 级以上的应用案例。日本在钠硫电池技术方面遥遥领先于其他国家和地区,NGK 是当前全球范围内唯一能提供钠硫电池工业化产品的厂商。近来中国正积极开展钠硫电池的研发和产业化探索工作,目前上海硅酸盐研究所已推出单体电池原型产品。

Zebra 电池是一种以金属钠为负极、氯化镍为正极、陶瓷管为电解质隔膜的二次熔融盐电池,具有能量密度高、高比功率,快速充放电、安全性能好等特点,长期以来被认为是较为理想的汽车动力电池之一。目前已开发了多种车型用20kWh 到120kWh 大小不等的Zebra电池。此外,Zebra 电池在舰船方面也有应用前景。目前世界上的Zebra 电池技术主要掌握在瑞士FZ Sonick 和美国GE 两家公司,中国和日本都几乎没有对Zebra 电池进行研究。

镍氢电池

镍氢电池是在航天用高压氢镍电池的基础上发展起来的,与传统镍系电池一样,由氢离子和金属镍合成,电量储备比镍镉电池多30%,比镍镉电池更轻,使用寿命也更长,对环境更友好。

日本三洋电池公司于 1990 年10 月首先开始批量生产镍氢电池,经过20 多年的发展,目前应用领域主要为小型电子设备和混合动力汽车。在静态储能领域,传统镍氢电池虽具有成本优势,但在充放电倍率性能和体积能量密度上处于劣势,功率性能也较差,因此镍氢电池在此领域成功商用案例较少。

为了避免松下公司在收购三洋电机株式会社后成为全球车载镍氢电池市场具有绝对优势地的公司,在中国商务部要求下,2011 年1 月,由中国科力远公司收购日本松下公司湘南电池工厂,从而成为镍氢电池领域的重要产商。此外主要厂商还包括美国Ovonic 公司、美国Cobasys 公司、法国Saft 公司、丰田、本田、福特、日本川崎重工业株式会社、中国春兰集团等。

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