鋅液流電池儲(chǔ)能技術(shù)具有成本低、安全性高、能量密度高等優(yōu)點(diǎn)。它是混合液流電池的典型代表，適合用作用戶側(cè)的固定儲(chǔ)能系統(tǒng)，有助于促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。

 

鋅液流電池的原理

通常，鋅液流電池陽(yáng)極電解質(zhì)的活性材料是Zn2+（中性或微酸性環(huán)境）或Zn（OH）42-（堿性環(huán)境）。在充電過(guò)程中，陽(yáng)極側(cè)的Zn2+或Zn（OH）42-獲得電子以形成金屬鋅，而陰極側(cè)的活性材料被氧化。放電過(guò)程相反，陽(yáng)極側(cè)的鋅溶解形成Zn2+或Zn（OH）42-，而陰極側(cè)的活性材料被還原。

 

鋅液流電池的優(yōu)點(diǎn)

使用金屬鋅的沉積和溶解作為陽(yáng)極對(duì)的鋅液流電池的大多數(shù)電解質(zhì)具有較低的成本和較高的能量密度。同時(shí)，在鋅液流電池系統(tǒng)中，鋅陽(yáng)極對(duì)環(huán)境友好，在空氣和水溶液中相對(duì)穩(wěn)定，并且電池系統(tǒng)中的電解質(zhì)是水性電解質(zhì)，這確保了電池的安全。

 

 

因此，低成本、高安全性、高能量密度的鋅液流電池在分布式儲(chǔ)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

 

鋅液流電池的類(lèi)型

 

鋅溴液流電池

溴具有儲(chǔ)量豐富、成本低、電極電位高、溶解度高、理論能量密度高等優(yōu)點(diǎn)。使用鋅陽(yáng)極與其匹配的鋅溴液流電池已經(jīng)發(fā)展成為一種相對(duì)成熟的電池，并逐漸得到市場(chǎng)的認(rèn)可。其他鋅基電池存在各種問(wèn)題，并且不太成熟。

溴離子在充電過(guò)程中被氧化為多溴離子，主要是三溴離子和五溴離子。放電過(guò)程正好相反，整個(gè)充電和放電過(guò)程具有良好的可逆性。

 

鋅錳液流電池

市場(chǎng)上常見(jiàn)的鋅錳電池使用二氧化錳到氫氧化錳的固相轉(zhuǎn)化反應(yīng)。由于它們的可逆性差，只能用作原電池。作為二次電池，鋅錳液流電池利用可溶性二價(jià)錳離子與二氧化錳之間的沉積-溶解反應(yīng)，其可逆性相對(duì)較好。

錳既便宜又環(huán)保。二價(jià)錳離子和二氧化錳具有高電極電勢(shì)，并且用鋅陽(yáng)極組裝的液流電池具有高開(kāi)路電壓和理論能量密度。

 

鋅碘液流電池

鋅碘液流電池系統(tǒng)于2014年首次提出。對(duì)于碘正極，在充電過(guò)程中，I-將被氧化為I2。由于I-的配位作用，I2將以I3-的形式溶解。從而避免了其沉淀，放電反應(yīng)以相反的方式發(fā)生，并且I3-再次還原為I-。

 

 

鋅-碘體系的陰極和陽(yáng)極活性材料都具有高溶解度，因此它們具有高理論能量密度。陰極的良好對(duì)動(dòng)力學(xué)有望實(shí)現(xiàn)高功率密度。與鋅溴體系相比，其揮發(fā)性、氧化性和腐蝕性都有所降低，對(duì)電池系統(tǒng)材料的要求更低，對(duì)環(huán)境更友好。

 

鋅鐵液流電池

作為鐵液流電池，鐵基陰極具有良好的電化學(xué)活性和可逆性，鐵鹽價(jià)格低廉，因此研究人員將其與鋅陽(yáng)極結(jié)合，形成了鋅鐵液流蓄電池系統(tǒng)。根據(jù)電解液的pH差異，鋅鐵液流電池可以進(jìn)一步劃分，參與電化學(xué)反應(yīng)的活性對(duì)在不同的環(huán)境中是不同的。

 

鋅鎳液流電池

鎳電極具有電池電勢(shì)高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，其充電和放電都是固相反應(yīng)。因此，鋅鎳液流電池系統(tǒng)只能使用一套泵和管道，并且不需要昂貴的離子交換膜，這大大降低了電池系統(tǒng)的成本。

 

鋅液流電池的發(fā)展前景

鋅液流電池具有電解液成本低、安全性高、潛力大的優(yōu)點(diǎn)，在分布式儲(chǔ)能領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。其中，鋅溴液流電池已經(jīng)相對(duì)成熟。鋅液流電池中的鋅陽(yáng)極主要面臨鋅枝晶、鋅剝落和表面容量有限的問(wèn)題。

鋅枝晶：當(dāng)電池充電時(shí)，電極表面的濃度極化增加，電極表面附近的離子濃度降低，反應(yīng)離子更容易擴(kuò)散到電極表面的突起，從而誘導(dǎo)鋅枝晶的進(jìn)一步生長(zhǎng)。隨著枝晶的不斷生長(zhǎng)，它們最終會(huì)刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路失效。

鋅脫落：在放電過(guò)程中，與電極緊密接觸的金屬鋅優(yōu)先溶解。在枝晶的情況下，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，枝晶的尖端將失去與電極的連接。此外，由于與電極的連接松動(dòng)，沉積在電極表面的鋅金屬也會(huì)從電極上脫落。這些脫落的鋅將無(wú)法繼續(xù)使用，導(dǎo)致電池性能下降。

 

 

表面容量有限：鋅液流電池大多使用多孔碳?xì)只虮馄诫姌O作為電極。隨著充電的進(jìn)行，鋅酸鹽或鋅離子將在電極上連續(xù)還原為金屬鋅，并最終沉積在電極上。一旦電極表面完全被鋅金屬覆蓋，就不能再進(jìn)行電沉積，導(dǎo)致電池的面積容量有限。

同時(shí)，進(jìn)一步充電會(huì)導(dǎo)致電池的充電電壓急劇升高，導(dǎo)致負(fù)極半電池發(fā)生不可逆的析氫反應(yīng)。

這些問(wèn)題是制約世界上液流電池公司提高鋅液流電池性能的障礙，也是實(shí)現(xiàn)鋅液流蓄電池實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。對(duì)于鋅枝晶、鋅脫落和鋅陽(yáng)極表面容量有限的主要問(wèn)題：

● 從電解質(zhì)溶液化學(xué)的角度來(lái)看，鋅沉積的過(guò)程是可以調(diào)節(jié)的；

● 從電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，可以調(diào)節(jié)鋅沉積的過(guò)電位；

● 從膜材料結(jié)構(gòu)的角度設(shè)計(jì)，可以抑制金屬鋅造成的損傷；

● 從電池結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行優(yōu)化可以調(diào)節(jié)膜和電極之間的界面空間，提高鋅液流電池的表面容量。

最后，它將突破鋅液流電池的瓶頸，幫助用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。