液流电池
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液流电池
液流电池是一种类型的电化学电池，其中化学能由两个化学成分提供溶解在液体中，其通过在系统上的膜的单独的侧泵送。离子交换（伴随着电流的流动）通过膜发生，同时两种液体在各自的空间中循环。电池电压由能斯特方程化学确定，在实际应用中，电压范围为1.0至2.43伏。
液流电池可以像燃料电池一样使用（提取废燃料并将新燃料添加到系统中）或像可充电电池（其中电源驱动燃料再生）一样使用。虽然它比传统的可充电设备具有技术优势，例如潜在的可分离液体罐和近乎无限的使用寿命，但当前的实现相对不那么强大，并且需要更复杂的电子设备。
液流电池的构造原理
液流电池是一种可充电燃料电池，其中含有一种或多种溶解的电活性元素的电解质流过电化学电池，可将化学能直接可逆地转化为电能。电活性元素是“溶液中可以参与电极反应或吸附在电极上的元素”。额外的电解液储存在外部，通常在罐中，通常通过反应器的一个或多个单元泵送，尽管重力进料系统也是已知的。液流电池可以快速“充电”通过更换电解质液体（以类似的方式再填充的燃料箱用于内燃机）同时回收用过的材料进行再充电。许多液流电池由于其低成本和足够的导电性而使用碳毡电极，尽管这些电极由于对许多氧化还原对的固有活性较低而在一定程度上限制了功率密度。
换句话说，液流电池是一种电化学电池，其特性是离子溶液（电解质）存储在电池外部（而不是电极周围的电池中），并且可以按顺序送入电池中。来发电。可以产生的总电量取决于罐中电解液的体积。
液流电池由电化学工程建立的设计原则控制。
液流电池的类型
已经开发了各种类型的流通池（电池），包括氧化还原、混合和无膜。传统电池与液流电池的根本区别在于，能量储存在传统电池的电极材料中，而在液流电池中，能量储存在电解质中。
纳米网络
排列在纳米颗粒网络中的锂硫系统消除了电荷进出与导电板直接接触的颗粒的要求。相反，纳米粒子网络允许电流在整个液体中流动。这允许提取更多的能量。
其他液流电池
其他液流电池包括锌-铈混合液流电池、锌-溴混合液流电池和氢溴电池。
优点
氧化还原液流电池，以及在较小程度上混合液流电池，具有以下优点
- 灵活布局（由于电源和能源组件分离）
- 循环寿命长（因为没有固-固相变）
- 快速响应时间
- 无需“均衡”充电（电池过度充电以确保所有电池电量相等）
- 无有害排放。
某些类型还提供简单的充电状态确定（通过电压依赖于电荷）、低维护和对过充电/过放电的容忍度。
他们是安全的，因为
- 它们通常不含易燃电解质
- 电解液可以远离电源堆存放。
这些技术优势使氧化还原液流电池成为大规模储能的理想选择。
缺点
两个主要缺点是
- 低能量密度（你需要大容量的电解液来储存有用的能量）
- 低充电和放电率（与其他工业电极工艺相比）。这意味着电极和膜分离器需要很大，这增加了成本。
与使用类似电解化学的不可逆燃料电池或电解槽相比，液流电池的效率通常略低。
液流电池的应用
液流电池通常被考虑用于相对较大（1kWh–10MWh）的固定应用。这些是为了：
- 负载平衡——电池连接到电网以在非高峰时段储存多余的电力，并在高峰需求时段释放电力。限制在该应用中使用大多数液流电池化学品的常见问题是它们的低面积功率（工作电流密度），这转化为高功率成本。
- 储存来自风能或太阳能等可再生能源的能源，以便在需求高峰期排放。
- 调峰，其中电池满足需求高峰。
- UPS，如果主电源无法提供不间断电源，则使用电池。
- 功率转换——因为所有电池共享相同的电解质。因此，电解质可以使用给定数量的电池充电并以不同数量放电。由于电池的电压与所用电池的数量成正比，因此电池可以充当非常强大的DC-DC转换器。此外，如果电池的数量不断变化（在输入和/或输出侧），功率转换也可以是AC/DC、AC/AC或DC-AC，其频率受开关装置的限制。
- 电动汽车——由于液流电池可以通过更换电解质快速“充电”，因此它们可用于车辆需要像内燃机汽车一样快速吸收能量的应用。在EV应用中，大多数RFB化学品发现的一个常见问题是它们的能量密度低，这导致行驶里程短。基于高溶解性卤酸盐的液流电池是一个明显的例外。
- 独立电源系统——这方面的一个例子是在没有电网电源可用的手机基站中。电池可与太阳能或风能电源一起使用以补偿其波动的功率水平，并与发电机一起使用以最有效地利用它来节省燃料。目前，液流电池正用于整个加勒比地区的太阳能微电网应用。