液流電池儲(chǔ)能技術(shù)及應(yīng)用

目錄 

叢書序 

前言 

第1章 電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù) 1 

1.1 概述 1 

1.2 鋰離子電池 4 

1.2.1 鋰離子電池的原理及特點(diǎn) 4 

1.2.2 鋰離子電池的關(guān)鍵材料 5 

1.2.3 鋰離子電池的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 9 

1.2.4 鋰離子電池的發(fā)展趨勢(shì) 13 

1.3 鈉硫電池 13 

1.3.1 鈉硫電池的結(jié)構(gòu)和原理 14 

1.3.2 鈉硫電池的特性 15 

1.3.3 鈉硫電池的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀 17 

1.3.4 鈉硫電池的發(fā)展趨勢(shì) 19 

1.4 鉛炭電池 20 

1.4.1 鉛炭電池的原理 20 

1.4.2 鉛炭電池的種類和結(jié)構(gòu) 20 

1.4.3 鉛炭電池的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 21 

1.4.4 鉛炭電池的工程應(yīng)用現(xiàn)狀 22 

1.4.5 鉛炭電池存在的主要問題及研究開發(fā)重點(diǎn) 26 

參考文獻(xiàn) 27 

第2章 液流電池儲(chǔ)能技術(shù) 31 

2.1 概述 31 

2.2 液流電池的結(jié)構(gòu)與組成 35 

2.2.1 液流電池單電池 35 

2.2.2 液流電池電堆 36 

2.2.3 液流電池系統(tǒng)及液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng) 38 

2.3 液流電池的分類與特點(diǎn) 39 

2.4 液流電池性能的評(píng)價(jià)方法 40 

2.4.1 充、放電性能測(cè)試 42 

2.4.2 極化曲線測(cè)試 48 

2.4.3 充、放電性能和極化曲線的關(guān)系 51 

2.5 鐵/鉻液流電池 53 

2.6 鋅/溴液流電池 55 

2.6.1 鋅/溴液流電池的工作原理及特點(diǎn) 55 

2.6.2 鋅/溴液流電池的研究進(jìn)展 57 

2.7 鋅/溴單液流電池 66 

2.7.1 鋅/溴單液流電池的工作原理及特點(diǎn) 66 

2.7.2 鋅/溴單液流電池的研究進(jìn)展 69 

2.8 釩/溴液流電池 69 

2.8.1 釩/溴液流電池的工作原理及特點(diǎn) 69 

2.8.2 釩/溴液流電池的研究進(jìn)展 70 

2.9 鋅/鎳單液流電池 71 

2.9.1 鋅/鎳單液流電池的工作原理及特點(diǎn) 72 

2.9.2 鋅/鎳單液流電池的研究進(jìn)展 73 

2.9.3 鋅/鎳單液流電池的應(yīng)用示范 75 

2.10 多硫化鈉/溴液流電池 76 

2.10.1 多硫化鈉/溴液流電池的工作原理及特點(diǎn) 76 

2.10.2 多硫化鈉/溴液流電池的發(fā)展歷程 77 

2.10.3 多硫化鈉/溴液流電池的研究進(jìn)展 79 

2.11 鋅/鈰液流電池 84 

2.12 鉛酸單液流電池 84 

2.13 鋅/鐵液流電池 85 

2.13.1 堿性鋅/鐵液流電池 85 

2.13.2 中性鋅/鐵液流電池 88 

參考文獻(xiàn) 91 

第3章 液流電池電解液 98 

3.1 鐵/鉻液流電池電解液 98 

3.2 多硫化鈉/溴液流電池電解液 100 

3.2.1 多硫化鈉負(fù)極電解液的制備 101 

3.2.2 多硫化鈉負(fù)極電解液對(duì)電池循環(huán)性能的影響 102 

3.2.3 多硫化鈉負(fù)極電解液的初始組成分析 105 

3.2.4 溶液組成與平衡電位隨電池荷電狀態(tài)的變化 107 

3.2.5 初始組成對(duì)溶液穩(wěn)定性的影響 110 

3.3 全釩液流電池電解液 112 

3.3.1 釩化學(xué)的相關(guān)知識(shí) 112 

3.3.2 電解液對(duì)全釩液流電池性能的影響 137 

3.3.3 正、負(fù)極電解液中水和釩離子的遷移規(guī)律 144 

3.3.4 電解液中質(zhì)子濃度對(duì)全釩液流電池儲(chǔ)能容量的影響 158 

3.3.5 電解液離子在離子交換膜中的傳輸機(jī)理 167 

3.3.6 離子傳輸過程中的物料守恒及電荷守恒 169 

3.3.7 全釩液流電池效率及儲(chǔ)能容量穩(wěn)定性 170 

3.3.8 儲(chǔ)能容量的提升及恢復(fù)策略 171 

3.3.9 全釩液流電池電解液的穩(wěn)定性 174 

參考文獻(xiàn) 178 

第4章 液流電池電極與雙極板 183 

4.1 液流電池電極 183 

4.1.1 電極的功能與作用 183 

4.1.2 電極的特點(diǎn)與分類 183 

4.1.3 液流電池電極材料的發(fā)展現(xiàn)狀 185 

4.2 液流電池雙極板 194 

4.2.1 雙極板的功能與作用 194 

4.2.2 雙極板的特點(diǎn)與分類 195 

4.2.3 雙極板的發(fā)展現(xiàn)狀 196 

參考文獻(xiàn) 200 

第5章 液流電池用離子交換（傳導(dǎo)）膜 203 

5.1 離子交換（傳導(dǎo)）膜的作用和性能要求 203 

5.2 全釩液流電池用離子交換（傳導(dǎo)）膜的分類及特點(diǎn) 204 

5.3 全釩液流電池用離子交換（傳導(dǎo)）膜材料 204 

5.3.1 全氟磺酸離子交換膜 204 

5.3.2 部分氟化離子交換膜 212 

5.3.3 非氟離子交換膜 214 

5.3.4 多孔離子傳導(dǎo)膜 223 

參考文獻(xiàn) 238 

第6章 全釩液流電池電堆及系統(tǒng)技術(shù) 243 

6.1 概述 243 

6.2 全釩液流電池的原理和特點(diǎn) 244 

6.3 全釩液流電池電堆的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 247 

6.3.1 電堆的構(gòu)成 247 

6.3.2 電堆中的電解液分布 247 

6.3.3 電堆的共用管路設(shè)計(jì) 249 

6.3.4 電堆的密封材料與結(jié)構(gòu) 250 

6.3.5 端板和導(dǎo)流板 250 

6.3.6 電堆的組成與組裝 251 

6.4 電堆的設(shè)計(jì)原則 252 

6.4.1 電堆的額定輸出功率與額定能量效率 252 

6.4.2 低流阻、高均勻性流場(chǎng)結(jié)構(gòu) 253 

6.4.3 漏電電流的控制 254 

6.4.4 電堆的可靠性與安全性 256 

6.5 全釩液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng) 256 

6.5.1 全釩液流電池系統(tǒng)的組成 256 

6.5.2 全釩液流電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 257 

6.5.3 全釩液流電池的控制管理系統(tǒng) 260 

6.6 液流電池發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn) 262 

參考文獻(xiàn) 264 

第7章 數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其在液流電池中的應(yīng)用 266 

7.1 概述 266 

7.2 全釩液流電池?cái)?shù)學(xué)模型的研究進(jìn)展 267 

7.2.1 電解液流動(dòng)模型 268 

7.2.2 二維多物理場(chǎng)耦合模型 268 

7.2.3 三維多物理場(chǎng)耦合模型 274 

7.3 全釩液流電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展 277 

7.3.1 全釩液流電池的部件及結(jié)構(gòu) 277 

7.3.2 電解液流動(dòng)方式 281 

7.3.3 全釩液流電池流場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展 283 

參考文獻(xiàn) 292 

第8章 新型電對(duì)液流電池探索 296 

8.1 非水系液流電池 296 

8.1.1 Li/TEMPO 液流電池 296 

8.1.2 Li/BODMA 液流電池 297 

8.1.3 Li/醌類化合物液流電池 298 

8.1.4 Li/二茂鐵液流電池 299 

8.1.5 Li/Br2 液流電池 300 

8.1.6 FL/DBMMB 液流電池 301 

8.2 水系新型液流電池 301 

8.2.1 水系有機(jī)電對(duì)液流電池 301 

8.2.2 新型水系無(wú)機(jī)電對(duì)液流電池 310 

參考文獻(xiàn) 321 

第9章 液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用 323 

9.1 液流電池儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用概況 323 

9.1.1 液流電池的典型應(yīng)用領(lǐng)域 323 

9.1.2 液流電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用 324 

9.2 液流電池在可再生能源發(fā)電中的應(yīng)用 331 

9.3 液流電池在可再生能源發(fā)電中的應(yīng)用案例 336 

9.3.1 澳大利亞國(guó)王島風(fēng)電儲(chǔ)能項(xiàng)目 336 

9.3.2 日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社在北海道風(fēng)電場(chǎng)的儲(chǔ)能項(xiàng)目 337 

9.3.3 張北國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸全釩液流電池項(xiàng)目 339 

9.3.4 遼寧中國(guó)國(guó)電石風(fēng)電儲(chǔ)能項(xiàng)目 340 

9.4 液流電池儲(chǔ)能技術(shù)在電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用 345 

9.4.1 液流電池在電網(wǎng)側(cè)的作用和價(jià)值 345 

9.4.2 輸電網(wǎng)發(fā)展面臨的突出問題 345 

9.4.3 儲(chǔ)能系統(tǒng)接入輸電網(wǎng)所起的作用 346 

9.4.4 配電系統(tǒng)運(yùn)行面臨的挑戰(zhàn) 348 

9.4.5 儲(chǔ)能系統(tǒng)在配電網(wǎng)所起的作用 350 

9.5 液流電池在電網(wǎng)側(cè)的應(yīng)用案例 351 

9.5.1 美國(guó)猶他州Castle Valley 儲(chǔ)能項(xiàng)目 351 

9.5.2 美國(guó)華盛頓州Avista 全釩液流電池儲(chǔ)能項(xiàng)目 352 

9.5.3 中國(guó)遼寧大連液流電池儲(chǔ)能調(diào)峰電站項(xiàng)目 353 

9.5.4 英國(guó)多硫化鈉/溴液流電池儲(chǔ)能電站 355 

9.6 液流電池在微電網(wǎng)和分布式儲(chǔ)能中的應(yīng)用案例 356 

9.6.1 液流電池在分布式儲(chǔ)能中的作用和價(jià)值 356 

9.6.2 微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化 358 

9.7 液流電池在微電網(wǎng)和分布式儲(chǔ)能中的應(yīng)用案例 359 

9.7.1 日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社橫濱工廠微電網(wǎng)項(xiàng)目 359 

9.7.2 德國(guó)北海佩爾沃姆島微電網(wǎng)項(xiàng)目 360 

9.7.3 中國(guó)北京、中國(guó)寧夏金風(fēng)科技集團(tuán)微電網(wǎng)項(xiàng)目 361 

9.7.4 中國(guó)遼寧旅順蛇島微電網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目 363 

9.7.5 鋅/溴液流電池微電網(wǎng)儲(chǔ)能項(xiàng)目 364 

9.8 液流電池應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì) 365 

參考文獻(xiàn) 365 

索引 367