程杰:锌镍单液流电池的研发和应用
发布时间:2014-07-09 15:34:25
关键词:储能国际峰会锌镍单液流电池

 

  2014年6月23日,由国家能源局指导,中关村储能产业技术联盟(CNESA)与杜塞尔多夫展览(上海)有限公司共同主办的储能行业第三届年度高峰论坛——“储能国际峰会2014”在北京国家会议中心隆重开幕。防化研究院副研究员程杰博士在会上发表主题演讲。

  防化研究院副研究员 程杰博士:

  我们机构主要是做电池的研发和应用方面的研究。从应用层面来看,现在锂电、电解液等电池的寿命比较长,镍电池还有很多需要提高的地方。在此情况下,我们提出了锌镍电池,它的正极是氢离子,不会导致活性物质或者结构材料坍塌,而且无毒,稳定性和寿命都很好。根据我们前期做的实验数据,这种电池在实验室的循环寿命可以做到万次以上,而且容量大概可以保持在90%左右,说明电池寿命还很长。

  我们在实验中用的溶液是氧化锌,从电池性能角度看,锌的存在会让电流效应有所下降,电解液的流速也会受到影响,进而影响整个电池的效率,主要原因是锌导致了电池正负极降低。通过比较电流密度实验,我们发现在没有含锌、百分之百充电后的电池中,循环性能会很快下降,大概在500次循环后,衰减会变得特别明显。在使用氧化锌之后,电池500次循环后还会保持的很好,而且在恒流充电的情况下,放电效率可以达到100%。也就是说,溶液中锌的存在提高了电池寿命。

  我们也对溶液的流动结构做了研究。在金属溶液中,溶液的均匀性非常关键,所以要尽量做到流速的平均,这一点在单层结构和多层流动中都是一样的。

  为了提高电流密度,我们也做了一些电池结构方面的研究。通过降低镍的激化,电池效率可以达到75%,这个数据对于锌电来说已经很高了,大概每平方厘米80的电流密度,可以达到4C或者5C的放电,能达到较高的倍率。

  锌镍单液流电池的温度非常特别,电池在-40℃到-20℃的情况下下降非常小,大概下降80%左右。在提高截止电压的情况下,大概也能达到60%到70%左右。这说明在低温情况下,这种电池的效率比较高,低温性能比较好,比有很大改善。

  在张北示范基地,我们做了一个50千瓦时的储能系统,电池在额定功率工作的情况下,差不多可以达到80%的能量效率。电池在200安下充电,最高能量效率可以达到75%。所以说,由于条件的不同,能量效率也会发生变化。

  国外的一个课题组也做了与我们类似的电池结构,只是在溶液流动方面稍有差别。他们电池的一致性,与我们的实验结果差不多。这说明电池本身比较容易做到一致性,整体溶液容易实现均匀性控制。

  我们在前期研究的基础上也进行了优化,将整体的泵放到电池内部,结构类似铅酸电池,这样的设计可以得到比较高的能量效率。

  总体来说,镍流电池使用碱性溶液,整体上没有爆炸和燃烧的风险,安全可控。另外,镍流电池的循环使用率很高,而且抗低温性能很好。第三,这种电池环保无污染,整体上材料是可以回收的,镍和锌的回收都比较方便。现在主要的问题是成本问题,原材料的目标成本可以做到2元钱甚至到1.5元以下,但是研发成本比较高。

  感谢我的课题组,谢谢大家对我们的关注。

 

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稿件来源: 电池中国
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