储能电池.ppt

多硫化钠/溴储能电池研究进展
学生:翟云峰
专业:化学工程
导师:张华民研究员
Seminar Ⅰ

主要内容
储能技术的用途和分类
液流电池储能的优缺点
PS-Br储能电池的组件及工作原理
PS-Br储能电池的研究现状
PS-Br储能电池的商业化进展
总结及展望
多硫化钠/溴储能电池研究进展
储能技术的用途和分类
供电稳定
电源管理
电站调峰
清洁能源存储
储能技术
化学储能
机械储能
超导磁储能
氧化还原液流电池
储能技术的用途和分类
液流电池储能的优缺点
优点:
输出功率——大小,储能容量——储量和浓度。设计灵活。
活性物质——液体,无固相变化、形貌改变,理论寿命长;
部件多为廉价的碳材料、工程塑料,寿命长,材料来源丰富,加工技术成熟,易于回收;
可超深度放电(100%)而不对电池造成伤害;
自放电低,关闭时,储罐中的电解液无自放电;
能量效率高,可达75~80%,操作成本低,性价比高;
启动快,充放电切换——。
选址自由度大,占地少,系统封闭运行无污染;
缺点:氧化还原液流电池功率密度较低,电解液管理困难。
液流电池:正负极活性物质为液态流体氧化还原电对。铁铬、全钒及多硫化钠/溴电池。
液流电池系统的工作流程
氧化还原储能电池工作流程示意图
阳极电解液储罐
阴极电解液储罐
逆变器
循环泵
负极
膜
电极
电池
充电器
充电
负载
放电
正极
循环泵
PS-Br储能电池的工作原理
PS-Br储能电池的工作原理
正极:溴化钠,
负极:多硫化钠
正极:Br2+2Na+-2e- 2NaBr
负极:
(x+1)Na2Sx+2e- 2Na++xNa2Sx+1
电池总反应为:
(x+1)Na2Sx+Br2 xNa2Sx+1+2NaBr
单电池开路电压:
~。
充电
放电
充电
放电
充电
放电
PS-Br储能电池的组件
组件
材料
功能
电极
碳纤维布、碳毡、石墨毡、金属网、活性碳、炭黑、石墨
导电、容纳电解液、提供反应区
催化剂
NiS、Ni3S2、CoS、PbS、CuS
加快负极反应、降低极化
隔膜
阳离子交换膜
分隔电解液、传导阳离子
双极板
碳材料、塑料石墨复合材料
导电、分隔电解液
为达到高效储能的目的,必需依靠一些关键组件:
PS-Br储能电池研究现状关键部件
关键部件
研究者
材料及方法
效果
负极
Lassner等
Cooley等
 
Cranstone等
 
Timothy等
Clark等
金属网上沉积Ni、Co、Mo硫化物
铜粉或硫酸铜溶液在电解液中形成胶状催化物质
CuS或Ni3S2等催化剂制备成网状多孔催化电极
果壳类活性碳和热塑树脂
网状多孔的玻璃碳
10-20 mA/cm2,50 mV过电位
电压效率由57%提高到71%
 
40mA/cm2过电位充:400~600mV降到100mV,放:300mV降到30mV
40 mA/cm2过电位只有40~75 mV
稳定性、催化活性很好
正极
Savinell R F
Cathro
大比表面积碳毡
炭黑加粘结剂制备碳塑电极
内阻小,耐腐蚀性较好
50mA/cm2,100mV过电位,内阻小
膜
Cooley
 
D’agostino
 
 
Morrissey
膜的两侧分别生成银、钨、钼的不溶性硫化物和溴化物
提高膜中不溶性盐的均匀性和饱和度
交联接枝的方法制备膜,改进聚合物的物理性能
鎓离子置换膜中的酸基团
低电阻和高阳离子选择性
渗透性、溶胀性降低,机械性能提高
 
硫离子的渗透、硫沉积减少,电阻减小
双极板
Zito
 
Timothy
石墨和塑料热压制备双极板,嵌上电活性材料活性碳,得到双极电极
活性碳和塑料粘结剂热压制备电极
电阻减小,目前应用
PS-Br储能电池研究现状电解液管理
离子交换膜的选择性,加上密封、组件意外失效等,导致两侧电解液中反应物不平衡、PH值变化、水不平衡、硫酸盐累积、硫沉积等(见图)