铁铬液流电池优缺点(铁铬液流电池怎么样)

铁铬电池的特性和优缺点

铁铬流电池是由美国航空航天局(NASA)和日本三井公司(Mitsui)在上世纪70 – 80年代率先研制并广泛研究的。铁铬流电池是一种氧化还原流电池(RFB)。能量是通过Fe2+ – Fe3+和Cr2+ – Cr3+氧化还原偶联来储存的。活性化学物质在任何时候都完全溶解在含水电解质中。像其它真正的rfb一样,铁铬系统的功率和能量等级是相互独立的,并且可以根据不同的应用情况分别进行优化。与其他储能系统相比,真正的rfb的所有其他优点和区别都是通过铁铬rfb实现的。

铁铬流体电池是如何工作的

在放电周期中,负极半电池中的Cr2+被氧化为Cr3+,一个电子通过AC/DC变换器的负极和正极被释放到外部电路中做功。在正半电池放电期间,Fe3+接受外部电路的电子,并还原为Fe2+。当外部电路通过AC/DC变换器提供电流时,这些反应在充电时发生逆转。当电子从电池的一端返回到另一端时,氢离子在两个半电池之间交换,以保持电荷中性。氢离子通过隔板扩散,通过电子方式将半电池分开。在铁铬RFB的早期应用中,铁和铬离子在分离器上的扩散造成了正负电解质之间的不平衡,导致了不可逆的系统容量损失。

现代电解液配方在分离器两侧采用混合铁和铬,消除了不可逆损失,并能够使用低成本、多孔的分离器材料。这些多孔分离器还消除了早期铁铬合金和其他一些当前RFB技术中使用的离子交换膜的“膜污染”失效模式。

标准电池电压为1.18伏特,电池功率密度通常为70-100 mW/cm2。相对较低的电池电压导致了较低的能量密度,因此与其他技术相比,设备更大,但开发人员仍然可以达到每MWh存储50平方米的EPRI目标。该电池的DC/DC效率已报告在70-80%的范围内。在40-60 oC (105-140 of)的较高工作温度下,该系统的效率得到了提高,这使得该RFB非常适合温暖的气候,并适用于所有具有电化学储能可行性的气候。与其他电化学系统相比,铁和铬化学对环境无害,因为存在的铁和铬元素只有非常低的毒性,稀释的水基电解质具有非常低的蒸气压。这些因素结合在一起,使铁铬RFB成为在人员和环境方面最安全的能源存储系统之一。

Cr2+ – Cr3+对的标准电位接近于析氢电位。在设计铁铬rfp时必须小心,以尽量减少副反应,然后扭转相关的容量损失和电解质失衡。目前铁铬rfb的开发人员似乎已经减低了这种副作用,并实现了有效的重新平衡子系统,以最小的系统效率损失。

铁铬流量电池可用于电信备份,在5千瓦- 3小时的规模,并已在公用事业规模证明。目前的开发人员正在致力于降低成本和提高可靠性。这些系统在兆瓦-兆瓦时规模上具有非常高的成本效益潜力。

铁铬电池有着非常明显的优势,我们可以预见它在未来会有广泛的应用,但这种电池在目前看来也有一些棘手的问题。下面我们简记下其优缺点

优点

  • 使用寿命长。目前研究表明其充放电次数超过一万次,寿命远高于目前的一些主流电池如锂电池、铅酸电池等。
  • 安全性能优良。在常温常压下运行,没有爆炸风险,安全可靠。
  • 环境友好。Fe和Cr的电解液腐蚀性弱、毒性较低,即便泄露对环境污染也较小,回收利用价值也大。
  • 运行温度范围广。相比其他液流电池,铁-铬液流电池的运行温度更加宽,它可以在零下20度到70度范围运行。
  • 原材料资源丰富,成本低廉。铁、铬资源丰富,容易获取加工,成本优势明显。

缺点

  • 电池正、负电解液可能有交叉污染
  • 离子交换膜较为昂贵
  • 电解液体积大、密度高、重量大,因此其比能量低
  • 目前的能量转换效率还有待提到
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