重磅突破!低成本液流电池储能加速到来

发布日期:2024-04-08     142 次

据中国科学院金属研究所消息,该所李瑛研究员与唐奡研究员团队,在新型低成本铁基液流电池储能技术研究领域取得新进展。研究人员以铁负极氧化还原反应可逆性为切入点,通过电极界面缺陷设计和极性溶剂调控,成功实现了充放电过程中铁单质在电极纤维表面的均匀沉积和溶解。

据悉,该研究结果为宽温域全铁液流电池技术产业化开发与应用推广奠定了技术基础。

长时储能降本与产业化的关键突破点在哪?

目前,长时储能技术主要包括机械储能、电化学储能和燃料储能三种类型。机械储能中的抽水蓄能和压缩空气储能技术已经产业化,具有成熟、成本低、地域限制等优点。电化学储能中的液流电池技术较成熟,具有技术成熟、成本较高等特点,目前正处于示范加产业化阶段。燃料储能技术则能够实现跨季节储能,但目前仍处于研发加示范阶段。

尽管长时储能技术在电力系统中的应用前景广阔,但仍面临一系列挑战。南方科技大学碳中和能源研究院院长赵天寿指出,首先是地域限制问题,优质的储能资源趋于饱和,而且建设周期长,环境影响评估审批缓慢。此外,技术挑战也不容忽视,例如抽水蓄能和压缩空气储能的效率较低,而液流电池的安全风险高,成本和寿命问题亟待解决。

液流电池储能技术因其容量与功率解耦、高安全、时长灵活、扩容方便、资源自给率高、循环寿命长等优势,被认为是理想的长时储能技术。液流电池通过使用可流动的能量载体(如氢、甲醇、氨等燃料以及电解液)和相应的能量转换装置(如电解池、燃料电池、液流电池等),实现了储能时长的灵活性和规模化。

液流电池储能技术的发展关键在于突破其关键科学问题。这包括跨尺度多子传递与电化学反应相互作用关系的复杂性。赵天寿介绍到,为了提高液流电池的电流密度和电解液利用率,需要构建热质传递与电化学耦合理论,这是降低系统成本、推动产业化的关键。

低成本铁基液流电池储能技术获突破

因此,研发低成本液流电池新体系新技术,是突破现阶段液流电池产业化发展瓶颈的有效途径。

前述两位研究人员通过在电极界面进行金属刻蚀处理,使得电极纤维表面富含缺陷结构,有效调控了Fe2+离子在电极界面的沉积反应成核特性,促进了铁沉积反应均一性及氧化还原反应动力学,并利用理论计算和仿真分析揭示了Fe2+在碳缺陷处的杂化作用增强机制及铁沉积过程演化规律。研究结果证明,电极界面优化设计可有效提升铁负极性能,为实现全铁液流电池高效稳定运行提供了新途径。

此外,研究人员通过在溶液中引入极性溶剂,利用极性分子与氢键的相互作用,成功弱化了溶液的水合氢键网络,将电解液凝固点有效降低到零下20摄氏度以下,且协同提升了铁负极电化学可逆性,首次实现了全电池在零下20摄氏度的低温条件下稳定运行100小时。

赵天寿表示,多尺度电极结构的设计和优化,以及流道结构的创新,为提高电池的能量效率和循环寿命做出了贡献。此外,高电导率、高选择性的液流电池隔膜的研发,以及高活性、高稳定性电极表面材料的探索,都为提升电池性能提供了可能。

2021年以前,液流电池尚处于零星的小规模示范性项目建设阶段。2022年10月,随着大连融科100MW/400MWh大型液流电池储能电站项目投运,液流电池的商业化应用开始迈上新台阶;2022年11月,我国首次GWh液流电池储能系统集采落地。2023年,第二次和第三次GWh液流电池储能系统集采相继完成。

这也意味着,液流电池储能技术已经进入商业化发展的初期阶段。国家层面的政策支持和产业空间的拓展,为液流电池的商业应用提供了良好的环境。同时,液流电池储能系统成本的降低和性能的提升,也为大规模商业落地奠定了基础。

随着风光占比的不断提高,电力系统对长时储能技术的需求将更加迫切。液流电池储能技术以其独特的优势,有望在未来的电力系统中发挥重要作用。为了实现大规模商业应用,需要持续推动新技术的工程化应用,完善产业链,并解决技术挑战,以满足新型电力系统对储能的所有要求。


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