中國(guó)科學(xué)院金屬研究所消息，該所李瑛研究員與唐奡研究員團(tuán)隊(duì)，在新型低成本鐵基液流電池儲(chǔ)能技術(shù)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究人員以鐵負(fù)極氧化還原反應(yīng)可逆性為切入點(diǎn)，通過(guò)電極界面缺陷設(shè)計(jì)和極性溶劑調(diào)控，成功實(shí)現(xiàn)了充放電過(guò)程中鐵單質(zhì)在電極纖維表面的均勻沉積和溶解。
據(jù)悉，該研究結(jié)果為寬溫域全鐵液流電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)與應(yīng)用推廣奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能降本與產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵突破點(diǎn)在哪?
目前，長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)主要包括機(jī)械儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能和燃料儲(chǔ)能三種類(lèi)型。機(jī)械儲(chǔ)能中的抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，具有成熟、成本低、地域限制等優(yōu)點(diǎn)。電化學(xué)儲(chǔ)能中的液流電池技術(shù)較成熟，具有技術(shù)成熟、成本較高等特點(diǎn)，目前正處于示范加產(chǎn)業(yè)化階段。燃料儲(chǔ)能技術(shù)則能夠?qū)崿F(xiàn)跨季節(jié)儲(chǔ)能，但目前仍處于研發(fā)加示范階段。
盡管長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用前景廣闊，但仍面臨一系列挑戰(zhàn)。南方科技大學(xué)碳中和能源研究院院長(zhǎng)趙天壽指出，首先是地域限制問(wèn)題，優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)能資源趨于飽和，而且建設(shè)周期長(zhǎng)，環(huán)境影響評(píng)估審批緩慢。此外，技術(shù)挑戰(zhàn)也不容忽視，例如抽水蓄能和壓縮空氣儲(chǔ)能的效率較低，而液流電池的安全風(fēng)險(xiǎn)高，成本和壽命問(wèn)題亟待解決。
液流電池儲(chǔ)能技術(shù)因其容量與功率解耦、高安全、時(shí)長(zhǎng)靈活、擴(kuò)容方便、資源自給率高、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是理想的長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)。液流電池通過(guò)使用可流動(dòng)的能量載體(如氫、甲醇、氨等燃料以及電解液)和相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換裝置(如電解池、燃料電池、液流電池等)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)的靈活性和規(guī)?；?。
液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展關(guān)鍵在于突破其關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。這包括跨尺度多子傳遞與電化學(xué)反應(yīng)相互作用關(guān)系的復(fù)雜性。趙天壽介紹到，為了提高液流電池的電流密度和電解液利用率，需要構(gòu)建熱質(zhì)傳遞與電化學(xué)耦合理論，這是降低系統(tǒng)成本、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。
低成本鐵基液流電池儲(chǔ)能技術(shù)獲突破
因此，研發(fā)低成本液流電池新體系新技術(shù)，是突破現(xiàn)階段液流電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展瓶頸的有效途徑。
前述兩位研究人員通過(guò)在電極界面進(jìn)行金屬刻蝕處理，使得電極纖維表面富含缺陷結(jié)構(gòu)，有效調(diào)控了Fe2+離子在電極界面的沉積反應(yīng)成核特性，促進(jìn)了鐵沉積反應(yīng)均一性及氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并利用理論計(jì)算和仿真分析揭示了Fe2+在碳缺陷處的雜化作用增強(qiáng)機(jī)制及鐵沉積過(guò)程演化規(guī)律。研究結(jié)果證明，電極界面優(yōu)化設(shè)計(jì)可有效提升鐵負(fù)極性能，為實(shí)現(xiàn)全鐵液流電池高效穩(wěn)定運(yùn)行提供了新途徑。
此外，研究人員通過(guò)在溶液中引入極性溶劑，利用極性分子與氫鍵的相互作用，成功弱化了溶液的水合氫鍵網(wǎng)絡(luò)，將電解液凝固點(diǎn)有效降低到零下20攝氏度以下，且協(xié)同提升了鐵負(fù)極電化學(xué)可逆性，首次實(shí)現(xiàn)了全電池在零下20攝氏度的低溫條件下穩(wěn)定運(yùn)行100小時(shí)。
趙天壽表示，多尺度電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以及流道結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，為提高電池的能量效率和循環(huán)壽命做出了貢獻(xiàn)。此外，高電導(dǎo)率、高選擇性的液流電池隔膜的研發(fā)，以及高活性、高穩(wěn)定性電極表面材料的探索，都為提升電池性能提供了可能。
2021年以前，液流電池尚處于零星的小規(guī)模示范性項(xiàng)目建設(shè)階段。2022年10月，隨著大連融科100MW/400MWh大型液流電池儲(chǔ)能電站項(xiàng)目投運(yùn)，液流電池的商業(yè)化應(yīng)用開(kāi)始邁上新臺(tái)階;2022年11月，我國(guó)首次GWh液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集采落地。2023年，第二次和第三次GWh液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)集采相繼完成。
這也意味著，液流電池儲(chǔ)能技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化發(fā)展的初期階段。國(guó)家層面的政策支持和產(chǎn)業(yè)空間的拓展，為液流電池的商業(yè)應(yīng)用提供了良好的環(huán)境。同時(shí)，液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)成本的降低和性能的提升，也為大規(guī)模商業(yè)落地奠定了基礎(chǔ)。
隨著風(fēng)光占比的不斷提高，電力系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)的需求將更加迫切。液流電池儲(chǔ)能技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，有望在未來(lái)的電力系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。為了實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，需要持續(xù)推動(dòng)新技術(shù)的工程化應(yīng)用，完善產(chǎn)業(yè)鏈，并解決技術(shù)挑戰(zhàn)，以滿(mǎn)足新型電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能的所有要求。
來(lái)源：維科網(wǎng)儲(chǔ)能
評(píng)論