钜大LARGE | 点击量：1637次 | 2021年12月16日
氧化还原液流电池被誉为最具前景的储能电池 目前有什么最新的电池技术？
西班牙布尔戈斯大学、意大利帕多瓦大学、芬兰阿尔托大学、捷克西波希米亚-皮尔森大学和巴斯克研究与技术联盟（BRTA）的研究人员对全氧化还原液流电池（RFB）和混合RFP技术进行了全面分析。他们认为，在固定存储应用中，这些技术是锂离子技术的有希望的替代品。
研究人员说，氧化还原流存储技术与其他存储技术相比具有优势，如灵活的模块化设计/操作、可扩展性、适中的维护成本、长寿命循环、高往返效率（RTE）、放电深度（DoD）、快速响应和可忽略的环境影响。这些积极因素大多与该技术独特的能量和电力解耦能力有关。
该组织表示：“与锂离子电池等其他技术相比，功率和能量密度的限制通常是通过更具成本效益的可扩展性来克服的。”
研究人员称，钒氧化还原液流电池（vrfb）和锌溴氧化还原液流电池（zbfb）是最具代表性的混合液流电池类型，是最先进的。然而，他们补充说，要使它们在商业上取得成功和适用性，还有“很长的路要走”。
钒氧化还原液流电池
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
钒氧化还原液流电池的正极和负极由膜隔开，该膜选择性地允许质子通过。在充电过程中，施加的电压使钒离子各自在正侧失去电子。被释放的电子通过外部电路流向负侧，并在那里被存储。在放电过程中，所存储的电子被释放，并通过外部电路流回正极。
氧化还原液流电池最初是由美国国家航天局（NASA）在70年代为太空计划开发的。与RFB相关的多项专利在2006年到期，引发了一场工业化商业竞赛，到2028年其市场规模将增长到45亿美元。
根据GreentechMedia的数据，2015年和2016年在美国部署的储能系统中，有90％以上是锂离子电池，今年也可能如此。数十年来，电动汽车电池以及笔记本电脑，平板电脑和智能手机等移动设备的电池都投入了大量精力，因此该技术稳步发展。例如，特斯拉的Powerwall旨在用于住宅和企业能源存储，但它使用的锂离子电池与该公司的电动汽车基本相同。
对于电网规模的应用，我们一直以目标为目标，但是锂离子存在重大缺陷。为了使电池组能够存储兆瓦时，需要成千上万个锂离子电池，每个锂离子电池需要单独管理，也需要与其他电池一起管理。即使那样，锂离子电池也只能在相对较短的时间内（通常为2小时或更短的时间）供电。
为了制造更长寿命的电池，制造商将不得不使电极更厚，并用更多的活性材料包装它们，这将提高价格。或者公用事业公司可以简单地安装更多的锂离子电池组，从而增加了成本。
锂离子电池的性能也会随着时间而下降，从而使电池的典型使用寿命为10年左右。这对于家用汽车可能很好，但是不太希望在电网上使用。锂离子电池存在已知的安全问题，最引人注目的是偶尔爆炸或自燃。
我们还研究了钠硫电池。一度被认为对公用事业规模的安装很有前景，这种电池可在300°C左右的温度下工作，以液化分别形成正极和负极的硫和钠。但是这些电池也具有易燃性问题。例如，在日本Joso市一家工厂的2兆瓦系统在2011年着火后，电池制造商NGKInsulators召回了产品并暂时停止了生产。
相比之下，氧化还原液流电池（RFB）具有其他电池所没有的功能。从理论上讲，如果使用不可燃材料制造，它们可以轻松扩展到兆瓦时，在更长的使用寿命内保持其性能，并且更加安全。与将锂离子或其他固态电池存储在由活性固体材料制成的电极中的电能或电荷相反，RFB的工作方式更像可逆燃料电池：要放电，电池会吸收存储在液体电解质中的化学能，将其转换为电流，从而使充电过程逆转。
经常被认为是劣势的氧化还原液流电池（RFB）可能无法提供与锂离子电池相同的功率，但是它们在循环寿命，安全性和可靠性方面可与固定应用竞争。全世界的公用事业公司正在试点项目中对RFB进行狂热的测试，而中国正在建设世界上最大的电池（200MW/800MWh），该电池将完全由氧化还原液流电池供电。如果成功，该项目将在全国范围内复制，并可能在欧洲和美国复制。
RFB通过溶解在称为阳极液和阴极液的液体溶液中的电活性化学物质进行操作，并存储在槽中。通过膜交换离子，可以产生电池电压并从这种系统中提取能量。可以独立调节水箱和隔膜的尺寸，从而实现功率和能量功能的解耦，从而使该技术非常灵活，可根据用户需求量身定制。
固定式能量存储是在住宅，工业和电网级别提高可再生能源利用率以及实施能效措施的一种经济有效的方法。氧化还原液流电池技术尽管具有较高的前期成本和较低的能量密度，但即使经过数千次循环后仍具有良好的容量保持能力，因此投资回收期较短。此外，氧化还原液流电池（RFB）保留了大部分初始值，这是因为其比其他电池化学物质更容易回收其核心组件。RFB的一些化学药品，例如基于钒的化学药品，已经商业化，将占据60亿美元市值的大部分。其他化学物质，例如锌/溴和氢/溴，
锂离子电池将因实用级液流电池的出现而遭受挫折，这将有助于缓解电动汽车应用中对锂资源的压力。最后一个有趣的说法是，除显着例外外，RFB行业的很大一部分位于欧洲和美国。上述公司的成功将推动西方世界与亚洲锂离子电池市场竞争者的竞争力。
VRFBs的主要障碍是低可用性和高钒成本，以及需要一个双向DC/AC逆变器来连接电网。然而，最近在电解质组成、膜和电极以及效率、功率和电流密度方面取得了进展。
研究人员说，这些技术的另一大优势是能够立即对电网激增的电力需求作出反应，应对电网服务的电能质量，如凹陷补偿和频率调节。据估计，这种电池的平准化存储成本（LCOS）为每小时0.18千瓦（1次循环1次）。
科学家们说：“目前的研究目标是能够提高活性物质浓度和能量密度的电解质，具有更高质子传导性和更低离子交叉的膜，具有更好水力性能的多孔电极。尽管如此，重大问题仍然存在。较低的能量密度使VRFB系统比同等的锂离子系统体积大得多。”
锌基电池
ZBFB是具有相当低的电流密度但没有循环寿命限制的器件，因为电解质不受老化影响。
“ZBFB试点系统的充放电持续时间可达10小时，这一性能可与商用VRFB媲美，电流密度可达80毫安厘米－2，能效约为80%。”学者们说。
他们还解释说，锌基氧化还原流动储存技术并不比钒基技术便宜，尽管锌和溴是低成本的材料。这些电池实际上需要昂贵的隔离剂来避免有毒的溴蒸汽排放。他们的LCO估计超过了每小时0.20千瓦。
其他设备
研究人员还研究了替代的水性无机纯液流电池，如钒氧氧化还原液流电池（VORFBs）、钒溴氧化还原液流电池（VBFBs）、氢溴氧化还原液流电池（HBFBs）、多金属氧酸盐基氧化还原液流电池（POMs-RFBs）和水性有机氧化还原液流电池（AORFBs）。此外，他们还分析了电解质和膜的不同材料。他们介绍了半固态流动电池（ssfb）和固态靶向/介导/增强流动电池（smfb）的情况。
他们还研究了混合流动/非流动装置，如基于金属溶液的氧化还原双流电池，以及锌基、铁基、铜基或金属-空气基氧化还原流动储存系统。此外，科学家们还研究了太阳能氧化还原液流电池（SRFB）、空气呼吸硫液流电池和金属二氧化碳电池的潜力。
研究人员说：“以低成本rfb为目标的研发不仅要注重经济材料，还要注重优化系统性能，主要是在能量密度和功率密度方面，同时保持高效率。由于固定储能靶的长寿命和大规模应用，所用材料的稳定性和安全性是保证其可持续性和最终成功的关键。”
他们声称，到2030年，最有前途的技术可以实现0.05kwh（1次循环）的总LCO。他们在“氧化还原液流电池：可持续固定能源储存的现状和前景”一文中发表了他们的研究结果，该论文最近发表在《能源杂志》上。
尽管前期成本较高，但氧化还原流动电池（RFB）技术的回报时间更短，这主要是因为即使经历多次次循环，其容量保持率仍然很可观。由于核心组件可回收，RFB可保留其大部分初始价值。锂离子电池将因为实用级RFB的兴起而受到影响，而且能够承受电动汽车应用所需的锂资源的压力。
