Технический барьер нарушен

В настоящее время основные международные технологии хранения химической энергии включают натриево-серную батарею, литиевую батарею, жидкостную батарею, свинцово-кислотную батарею, литий-железо-фосфатную батарею и так далее. Научный сотрудник Даляньского института химической физики Китайской академии наук сказал, что с развитием возобновляемой энергетики и индустрии электромобилей технология и промышленность хранения энергии высоко ценятся во всех странах, а исследования и разработки различных новых электрохимических аккумуляторов энергии технология непрерывно прогрессирует. Среди них более типичные жидкостные батареи, литиево-серные и литий-воздушные батареи и т. Д., Но их технологическое развитие сталкивается с некоторыми практическими проблемами.

Технология накопления энергии в жидкостных батареях

Батарея с жидкостным потоком представляет собой электрохимическое устройство хранения энергии, которое может осуществлять взаимное преобразование электрической энергии и химической энергии посредством РЕДОКС-реакции жидких активных веществ и, таким образом, осуществлять хранение и высвобождение электрической энергии. Благодаря своей независимой мощности и емкости, глубине заряда и разряда, хорошей безопасности и другим выдающимся преимуществам, он стал одним из лучших вариантов в области хранения энергии.

С момента изобретения жидкостного проточного аккумулятора в 1970-х годах он реализовал сотни проектов от лаборатории к предприятию, от прототипа до стандартного продукта, от демонстрационного приложения до коммерческого продвижения, от малого до большого масштаба, от единственного до комплексного назначения, с общая установленная мощность около 40 МВт.

Батарея полного потока ванадия с установленной мощностью 35 мВт является наиболее широко используемой батареей протока жидкости. При технической поддержке Даляньского института химической физики Китайской академии наук, компании Dalian Rongke Energy Storage Technology Development Co., LTD. (далее именуемый как накопитель энергии Rongke) сотрудничал с Даляньским институтом химической физики для реализации локализации и крупномасштабного производства основных материалов для полностью ванадиевых жидкостных батарей. Электролитные продукты экспортируются в Японию, Южную Корею, США, Германию и Великобританию. Развитая высокоселективная, долговечная и недорогая нефторированная ионно-проводящая мембрана превосходит ионообменную мембрану с перфторированной сульфоновой кислотой по характеристикам, а цена составляет всего 10% от последней, что действительно позволяет преодолеть «узкое место в стоимости» всего. -ванадиевый жидкостный аккумулятор.

Благодаря оптимизации конструкции и применению новых материалов, номинальная плотность тока электрических свай ванадиевых батарей увеличилась с исходных 80 мА / c ㎡ до 120 ㎡, а мА / c сохранили ту же производительность, затраты на электроэнергию упали почти на 30%, спецификация одиночной сваи составила 32 кВт, экспортировался в США и Германию. В мае 2013 года крупнейшая в мире система накопления энергии на основе ванадиевых аккумуляторов мощностью 5 мегаватт / 10 мегаватт-часов была успешно подключена к сети на ветряной электростанции мощностью 50 мегаватт в Гуодиан Лунъюань Ниуши. С тех пор были последовательно реализованы проект накопления энергии 3 МВт / 6 МВт-час для подключения к ветровой электросети в Цзиньчжоу и проект накопления энергии 2 МВт / 4 МВт-час для Гуодиан и ветра, что также является важным примером для Китая для изучения бизнес-модель хранения энергии.

Еще одним лидером в области производства полностью ванадиевых проточных батарей является японская компания Sumitomo Electric. Компания возобновила производство жидкостных аккумуляторных батарей в 2010 году и построит в 2015 году полностью ванадиевую жидкостную аккумуляторную электростанцию мощностью 15 мегаватт / 60 мегаватт-часов, чтобы решить проблему регулирования пиковой нагрузки и давления на качество электроэнергии, вызванное большими энергозатратами. масштабное подключение к сети солнечных электростанций в прилегающих районах Хоккайдо. Успешная реализация этого проекта станет еще одной вехой в области производства полностью ванадиевых жидкостных батарей. В 2014 году UniEnergyTechnologies, LLC (UET) при поддержке Министерства энергетики США и Вашингтонского фонда экологически чистой энергии установила систему хранения энергии с полнопоточной ванадиевой батареей мощностью 3 МВт / 10 МВт. В этом проекте компания UET впервые применит свою технологию смешанного кислотного электролита для увеличения плотности энергии примерно на 40%, расширения температурного окна и диапазона напряжений полностью ванадиевой проточной батареи и снижения энергопотребления для управления температурным режимом.

В настоящее время важной задачей является повышение энергоэффективности и системной надежности жидкостных аккумуляторных батарей и снижение их стоимости. Ключевыми технологиями являются разработка высокоэффективных аккумуляторных материалов, оптимизация конструкции аккумуляторной батареи и снижение внутреннего сопротивления. Недавно Чжан Хуа и его команда благодаря инновациям в материалах и структуре аккумуляторов сделали общую проточную ванадиевую батарею в одной батарее в 80 мА / c ㎡ плотность рабочего тока, энергоэффективность заряда и разряда увеличилась до 93% с 81% a. Несколько лет назад полностью доказали, что у него широкий простор для развития и перспективы.

Литий-серная аккумуляторная технология

В последние годы традиционная технология литий-ионных аккумуляторов постоянно прогрессирует, но удельная энергия аккумулятора все еще не может соответствовать требованиям приложения, а аккумуляторная технология по-прежнему остается самым узким местом в разработке портативных электронных устройств и электромобилей. . Чтобы достичь инновационного прорыва в технологии батарей с высокой удельной энергией, исследователи выбрали прорывное направление, например, литий-серные батареи с более высокой плотностью энергии, воздушно-литиевые батареи и другие металлические воздушные батареи, и добились определенного прогресса. Некоторые новые аккумуляторные технологии уже показывают многообещающие перспективы.

Согласно последним новостям, ученые Соединенных Штатов недавно прорвали литиево-серную батарею, в настоящее время сталкиваясь с основным препятствием - проблемой растворения электролита, чтобы быстро решить проблему отказа литиево-серной батареи, технологический прорыв, как ожидается, значительно повысит конкурентоспособность рынка литий-серная батарея. В опубликованном в журнале британского королевского общества журнале Nanoscale paper, Калифорнийского университета, инженерного колледжа Риверсайд-Борнс исследователи недавно объявили, что успешно разработанные наноразмерные частицы серы с комбинацией диоксида кремния, образованного катодным материалом, могут предотвратить образование лития. электролит батареи, растворение значительного повышения производительности батареи.

Литий-серная батарея представляет собой батарею с серным элементом в качестве положительного электрода и металлическим литием в качестве отрицательного электрода. Его теоретическая удельная плотность энергии может достигать 2600 Втч / кг, а фактическая плотность энергии может достигать 450 Втч / кг. В то же время элементарная сера дешевая, распространенная и экологически чистая, что ближе всего к индустриализации технологии батарей с высокой удельной энергией.

На международном уровне к представителям исследований и разработок литий-серных батарей относятся SionPower, Polyplus, Moltech из США, Oxis из Великобритании и Samsung из Южной Кореи и т. Д., Среди которых SionPower является наиболее представительным. В 2010 году SionPower применила литий-серную батарею для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Батарея заряжалась от солнечных элементов в дневное время и разряжалась ночью для обеспечения питания, что стало рекордом для беспилотного летательного аппарата - 14 дней подряд. Это успешный пример применения литиево-серной батареи. В Китае исследования литий-серных батарей в основном сосредоточены в Даляньском институте химических соединений, Китайской академии наук, Китайском институте химической профилактики, Пекинском технологическом институте и других исследовательских учреждениях, и в последние годы они быстро развиваются. В настоящее время бытовые серно-литиевые батареи занимают лидирующие позиции в мире по плотности энергии (> 450 Втч / кг), но после десятков нормальных зарядок и разрядов плотность энергии значительно снижается, и необходимо увеличить срок их службы. срочно.

Литий-серные батареи - одна из самых передовых технологий в мире. Как значительно увеличить срок службы и безопасность батареи будет ключом к индустриализации литий-серных батарей.

Технология металлических воздушных батарей

В настоящее время воздушно-металлические батареи, особенно литий-воздушные, привлекли большое внимание и достигли значительного прогресса.

В литий-воздушной батарее металлический литий используется в качестве отрицательного электрода, а кислород воздуха - в качестве активного материала положительного электрода. Благодаря электрохимической реакции между литием и кислородом происходит взаимное преобразование электрической энергии и химической энергии. Теоретическая плотность энергии аккумулятора составляет около 3500 Втч / кг, что в 10 раз выше, чем у литий-ионных аккумуляторов, и близко к бензиновым. С учетом потенциальных перспектив применения литий-воздушных батарей многие страны мира провели соответствующие исследовательские работы. IBM работает над проектом «Battery 500», цель которого - достичь 500 миль без подзарядки. Добавление таких предприятий, как японская компания asahi chemical, будет способствовать исследованиям диафрагмы и электролита.

Литий-воздушные батареи - не новая концепция, впервые предложенная исследователями Lockheed в 1976 году. В 1996 году Abraham et al. предложил систему жидкого органического электролита, которая положила начало новой ситуации в исследованиях литий-воздушных аккумуляторов. В настоящее время исследование литий-воздушной батареи в основном сосредоточено на положительном электроде, который напрямую определяет производительность батареи. По плотности энергии наиболее представительным материалом является графен. Исследователи из национальной лаборатории Тихоокеанского северо-запада в США разработали слоистый графеновый материал с пузырьковой структурой, которая обеспечивает удельную разрядную емкость около 15000 мАч / г, что намного превышает емкость существующих литий-ионных аккумуляторов.

Однако кислородсодержащие промежуточные продукты, образующиеся в процессе зарядки и разрядки литий-воздушных батарей, будут вступать в химические реакции с углеродными материалами и электролитами, что приведет к образованию большого количества побочных продуктов (таких как карбонат лития и т. Д.). ), что сильно влияет на цикл работы аккумулятора и является узким местом, ограничивающим его развитие. Брюс и др. на положительный электрод нанесено пористое золото и карбид титана, которые могут эффективно ингибировать побочные реакции, а степень удерживания 100 циклов превышает 95%.

Высокая плотность энергии - главное преимущество литий-воздушной батареи, а стабильность циркуляции - ключ к развитию ее технологии. С другой стороны, очистка металлического лития, защита литиевого анода и ингибирование дендритов во время зарядки и разрядки, разработка высокоактивных положительных каталитических компонентов и селективной кислородопроницаемой мембраны, а также технология интеграции конструкции конструкции батареи - все это проблемы, которые необходимо эффективно решать. решается в практическом процессе.

Страница содержит содержимое машинного перевода.