资料图:储能电站的液流电池车间
在储能大家族中,按照技术类型划分,主要包括物理储能和化学储能,而各种储能技术具有不同的技术特点和应用领域。与物理储能相比,化学储能具备系统简单、安装便捷以及运行方式灵活等优点。
当前,液流电池、、钠硫电池、铅碳电池是用于电力系统的主流化学储能技术类电池。其中,液流电池更可以称得上是储能家族的中坚力量。
通过活性物质之间发生氧化还原反应,液流电池可以实现电能和化学能的相互转化。液流电池在充电时,正极发生氧化反应,活性物质价态升高;负极发生还原反应,活性物质价态降低。放电时则正好相反,正极发生还原反应,活性物质价态降低;负极发生氧化反应,活性物质价态升高。
与传统二次电池直接采用活性物质做电极不同,液流储能电池的电极均为惰性电极,只为电极反应提供反应场所,活性物质通常以离子状态存储于电解液中。正极和负极电解液分别装在两个储罐中,通过送液泵实现电解液在管路系统中的循环。运行过程中,全液态液流电池氧化还原反应表现为离子价态的变化,沉积型液流电池表现为金属的沉积与溶出。
从外观看,液流电池储能系统包括如下几部分:电堆单元,由正负电极和离子传导膜叠合而成单电池的集合体;电解液单元,包括含有活性物质的电解液,及用于电解液盛装和循环的储罐、管路、阀、泵、传感器等辅助部件;控制系统,包括用于管理整个系统的电池管理系统、功率变化单元等。就像汽车的发动机燃烧汽油发电,液流电池可通过在电堆里转化电解液发电。不同的是,电解液不会被消耗掉,能够进行往复充放电。
根据发生反应的电堆不同,液流电池可以分为:全钒液流电池、锌溴液流电池、多硫化钠/溴液流电池、锌/镍液流电池、铁/铬液流电池、钒/多卤化物液流电池、锌/铈液流电池、半液流电池。虽然液流电池各自的电化学体系不同,但都具备以下共同特点:
1.功率和容量相互独立,输出功率由电池模块的大小和数量决定,储能容量由电解液的浓度和体积决定,故可实现功率与容量的独立设计;
2.能量转化效率高,启动速度快;
3.具有很强的过载能力和深度放电能力;
4.部件多为廉价的碳材料、工程塑料,材料来源丰富,易于回收。
同时,不同的液流电池又各具特点。其中,全钒液流电池正负极活性物质都是钒离子,只是价态不同,具有更安全、寿命更长、效率更高的优势,是目前应用最广,最具产业化前景的液流电池,已经成为液流电池家族中的掌门人,具有高安全性、长寿命、高可靠性、绿色环保等优点,吸引了政府和电力行业的高度关注。