在氧化还原流体电池概述

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电池已经存在了很长时间,人们不断地开发出新的在学术界或行业。本文以一看氧化还原流体电池和他们常用的应用程序。

流是什么电池?

流电池是一个电化学的电池,使用两种不同的溶剂系统。每个系统都有不同的活性化学成分(金属盐)溶解到溶剂(电解质)。流电池通常被认为是一个可充电电池和燃料电池,也可以操作。

由注入电解液流电池运行解决方案(即阴极电解液阳极电解液)通过一个包含阴极和阳极的核心区域。这两个分离的选择性离子膜。它是生成的离子交换这个地区的两个电极之间创建一个电势和发电。

使用流电池的一个主要优点,是瞬时充电的能力。这是实现电解液流电池代替液体,同时恢复了材料——可以充满活力。

有许多类型的流体电池,包括氧化还原流体电池。主要区别传统的充电电池(没有散装流)和流动细胞的能量存储在每个电极流动细胞,而它本身存储在电极在标准电池。

许多流体电池工作在一半以下反应的前提下在放电周期:

阳极室:^{+ 1}- e^{- - - - - -}→一个

阴极室:Cn^{+ 1}+ e^{- - - - - -}→Cn

在流电池,电中性区总是保持膜和不同的隔间允许电力和能源组件是彼此独立的。流电池的容量是由电解液的量和活性离子的浓度的电解质溶液中,而权力是细胞内的电极面积的函数。

类似于锂离子电池、液流电池可以堆叠在系列增加电压和满足某些应用的要求。然而,电解质坦克保持外部的电池系统。

什么是氧化还原流体电池?

氧化还原流体电池首先在1970年代由美国宇航局研制用于太空计划和已成为一个大市场,与预期市场将至少价值40亿美元的10年的时间。这个名字来源于氧化还原反应发生(即氧化和还原)来产生电流。

众所周知,而氧化还原流体电池不如锂离子电池的输出功率(能量密度),他们优越的生命周期安全,回报时间(尽管较大的前期成本),保留能力和可靠性——特别是对于静止的应用程序。氧化还原流体电池具有成本效益的对锂离子电池在另一个意义上说,他们保留大部分的初始值,因为他们的核心组件更容易比其他电池回收。

同时使用许多不同类型的氧化还原流体电池今天,常见的系统包括vanadium-vanadium(不同氧化态的钒),iron-chromium和溴化锌氧化还原流体电池。

在氧化还原流体电池放电机制,释放一个电子通过一个在阳极氧化反应的细胞。电子通过外部电路和被接受在电池的阴极一侧通过还原反应。便利的放电过程包括更高的化学势状态到一个较低的潜在状态。

充电机制改变电流的方向和化学反应。在氧化还原流体电池,氢离子(H⁺)之间交换两个汹涌保持中立。

一般的半反应机制方案氧化还原流体电池是这样的(C =阴极电解液=阳极电解液):

放电:

C^{3 +}+ e^{- - - - - -}一个C^{2 +}(减少)

一个^{2 +}一个一个^{3 +}+ e^{- - - - - -}(氧化)

费用:

C^{2 +}交流^{3 +}+ e^{- - - - - -}(氧化)

一个^{3 +}+ e^{- - - - - -}一个一个^{2 +}(减少)

有两种类型的氧化还原流体电池——真正的氧化还原流体电池和混合氧化还原流体电池。流电池列为“真正的”当他们所有的化学活性物种完全溶解,在任何时候。例子包括vanadium-vanadium和iron-chromium系统。

一个流体电池分为混合细胞,至少有一个必须镀化学成分的固体在充电周期。溴化锌、氯化锌氧化还原流体电池的混合动力电池。

钒氧化还原流体电池是第一的,利用钒在两个不同的阳极电解液的氧化态和阴极电解液,一般V^{2 +}/ V^{3 +}和签证官₂⁺/签证官^{2 +}(例如V^{5 +}/ V^{4 +}),分别。Vanadium-vanadium流动细胞通常运行在10-40°C和展览1.4 - -1.6 V的电池电压,功率密度在100年代mWcm²和一个直流-直流60 - 80%的效率。

iron-chromium氧化还原流体电池利用铁(Fe^{3 +}/铁^{2 +})和铬(Cr^{2 +}/ Cr^{3 +})离子生成电流。Iron-chromium系统操作温度高于系统(40 -°C)和钒具有电池电压为1.18 V, 70 - 100年mWcm之间的功率密度²和一个直流-直流70 - 80%的效率。

使用金属锌和溴溴化锌混合细胞₂或溴₃创建一个氧化还原流体分子系统。溴化锌电池没有广泛使用的其他细胞相比,尽管比很多。他们最初由埃克森美孚,但有毒的溴和维护一个稳定organic-bromine复杂的是一个关键的挑战(通常是主动冷却系统必须保持稳定)。

尽管存在这些挑战,更多的测试正在做这些细胞,因为它们提供一个最高的细胞电压和反应释放两个电子/锌原子。但是,与其他许多氧化还原流体电池的能量和功率不完全解耦和系统的储能能力取决于两个电极面积的大小和电解质水库。

氧化还原流体电池的应用

其中最引人注目的应用程序目前正在开发,是世界上最大的电池。产生在中国,它有一个预计的200 MW / 800兆瓦时并将完全使用氧化还原燃料电池供电。

人们认为,如果这个项目在中国的成功,它不仅是在中国生产,但也复制到世界各地。也有许多其他应用程序被考虑和发展,包括电动汽车、大规模储能应用程序和可再生能源电网。

源和进一步阅读

• “氧化还原流体电池:基本面和应用程序”——陈R。,等,InTech,2017年,DOI: 10.5772 / intechopen.68752
• 斯坦福大学,http://large.stanford.edu/courses/2011/ph240/garg1/
• 能量储存协会-http://energystorage.org/energy-storage/storage-technology-comparisons/flow-batteries
• http://energystorage.org/energy-storage/technologies/redox-flow-batteries
• 电池大学:http://batteryuniversity.com/learn/article/bu_210b_flow_battery
• IDTechEX -https://www.idtechex.com/research/reports/redox -流-电池- 2017 - 2027 - 000531. - asp市场——的趋势——应用程序

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