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硫基液流电池寿命短,难普及应用于大型电网储能

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国基建报 发布时间:2021-05-05 浏览:次
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香港中文大学机械与自动化工程学系副教授卢怡君教授领导的研究团队成功研发一款可用于硫基液流电池(以硫化物为材料的液流电池)的新型「电荷增强型离子选择性膜」(CRIS)。利用新技术,电池在没有明显容量衰减情况下,运作时间大幅提高至逾2000小时,每次充满电后可持续使用达15小时,解决了长久以来这类电池因使用寿命短、成本高,而未能普及应用于可再生能源大型电网储能的难题,令液流电池的商业化迈进一大步。研究结果已刊登于国际顶尖期刊《自然》(Nature Energy)。

【硫基液流电池寿命短,难普及应用于大型电网储能】

水系液流电池是一种新颖的储能技术,由两种处于溶液态的电解液通过离子交换来产生电能。相比传统锂离子电池,液流电池的优势在于安全、电量输出功率大、设计灵活,适合用于风能、太阳能等再生能源的电网储能装置,以及可快速换电的电动交通工具等。然而,液流电池的能量密度低且成本高,较难应用于大型电网储能技术。

有鉴于此,卢教授的团队早于2016年研发出一种利用廉价且环保的硫化物为基础的多硫化物-碘液流电池,大幅提升液流电池的能量密度和降低成本,是一种极具潜力的新型液流电池。不过,这款电池采用一般商业用的离子选择性膜,如应用于储能需求较大的电网储能装置,仍存在活性物质交叉污染及沉积,导致电池容量衰减速度快和寿命短等技术问题。早于90年代,有英国科技公司尝试开发类似的多硫化物-溴液流电池,最终亦因无法解决电池寿命短的问题而告吹,科学界一直寻求方法突破此技术难题。

【电荷增强型离子选择性膜,大幅提升电池运作时间】

在多硫化物-碘液流电池的研究基础上,卢教授进一步构思提升电池循环稳定性和使用寿命的方法。团队最终从负责分隔正负电极的膜找到灵感,设计出一款「电荷增强型离子选择性膜」。团队在商业化离子选择性膜(产品型号N117)覆盖一层极薄的高分子材料和高吸附性的碳材料,令带负电的活性小分子选择性吸附于比表面积较大的碳微孔中,加强膜表面的负电性,并减少活性物质的流失,从而提高电池的使用寿命,是全球首次利用此技术大幅提高电池的寿命,令电池可有效用于大型电网储能装置。

研究显示,在电池没有明显容量衰减情况下,使用商业化膜N117的硫基液流电池一般只能运作160小时(约6.7天),而采用新膜的多硫化物-碘液流电池,其容量衰减率每天仅为0.005%,并能稳定地循环逾1,200圈,即可运作逾2,000小时(约3个月)。另外,新电池的放电库伦效率高达99.9%,每次充满电后可持续使用长逾15小时,远远优胜于使用商业化膜N117的硫基液流电池或锂电池(充满电后只能持续使用约3至4小时)。

当采用了新电池的储能装置在持续放电时长超过15小时的状态下工作,其储能均化成本亦较其他先进的液流电池体系为低。此外,新膜的适用性高,可用于其他高能量密度的液流电池体系,例如硫-溴、硫-铁及有机液流电池等,以提高电池的循环稳定性。

卢教授表示:「这款新型离子选择性膜解决了液流电池长久以来因活性物质交叉污染而导致电池使用寿命短的技术难题。同时,这款独特的膜设计将促进价格低廉的硫基液流电池进一步商业化,并为高选择性离子交换膜的研究和发展提供全新的方向。」(《中国基建报》记者 林雨润 香港报道)

关键字:硫基液流电池

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