1、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 ,2005.5.18,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,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；
2、 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7580，操作成本低，性价比高； 启动快，充放电切换0.02秒。 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,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+2Na
3、Br单电池开路电压: 1.541.61V。,PS-Br储能电池的组件,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,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),电解液再平衡存在问题 阳极的HS-、Sx2-透过膜与溴反应，导致放电电压下降加快、充电过程缩短、析氢。HS-+4Br2+4H2O=8Br-+SO42-+9H+ （1） Sx+12-+(3x+4)Br2+(4x+4)H2O=(6x+8)Br-+(x+1) SO42-+(8x+8)H
4、+ （2） 解决方案Zito：缓冲室辅助电化学电池氧化缓冲室中的离子；Morrissey：抽出部分电解液氧化多硫离子或溴离子返回主系统；其它：适量溴化钠加入阳极，平衡溴离子从阴极的迁移。阴、阳极电解液PH控制存在问题溴与水反应以及(1)(2)形成的H+会透过膜到达阳极侧，PH下降、形成H2S。解决方案Zito：将电解水得到的OH-补偿到阳极电解液； Zito：正电极加入SiO2以限制溴的酸化，减少H+形成；Morrisey：抽出部分溴电解液强制放电至水电解，产生足够的OH-后电解液返回主系统。,PS-Br储能电池研究现状电解液管理,硫酸盐脱除 存在问题 (1)(2)生成的SO42-导致硫酸盐析
5、出，设备生垢、管路堵塞、污染膜和电极。 解决方案 Morrissey：冷却电解液过滤，定期补充多硫离子。 水再平衡 存在问题 Na+水合离子的迁移以及库仑损失，阳极水增多、水分布不平衡。 解决方案 Morrissey：反渗透装置将水从阳极电解液渗透到阴极电解液。 硫沉积与电荷状态 存在问题 硫在电极上析出，导电性降低，活性位减少。 解决方案 Morrissey：振荡的电场施加于溶液，信号振幅突变充放电； Morrissey：阳极多硫离子中硫原子数/多硫离子负电荷数1.82.5提高性能，渗透量降低。,PS-Br储能电池研究现状电解液管理,1984年，美国人Remick发明，英国Innogy公司注
6、册商标RegenesysTM，开发出三个系列的电堆。由电极、双极板、阳离子膜、支撑绝缘框架叠加而成，如下图：,RegenesysTM系列电堆的组装模式,PS-Br储能电池的商业化进展,5kW, 20kW, 100kWRegenesysTM电堆和电堆系列参数1996，Innogy在Aberthaw电站对1MW储能单元进行测试，1999，正式公布这项电力存储技术。,PS-Br储能电池的商业化进展,2000.8，Innogy在英国建造第一座商业规模的演示电厂，作为680MW燃气轮机发电厂的电能存储系统，容量达120MWh，最大功率15MW，可供10000户家庭一天的用电。120MWh/15MW储能电
7、厂参数,PS-Br储能电池的商业化进展,2001年，Innogy在哥伦比亚空军基地建造第二座PS-Br电池储能电厂，规模120MWh/12MW，可供24小时的电能。,RegenesysTM在美国的商业演示电厂,PS-Br储能电池的商业化进展,PS-Br储能电池虽然进入商业化阶段，但还有很多关键技术需要改进。主要是：性能稳定的高活性负极催化剂，使电池的比功率达50W/kg以上；提高阳离子交换膜选择性，减少阴离子渗透以降低操作成本；凭借大规模生产使成本降至50/kWh以下。 从长远看，化石能源终将枯竭，可再生清洁能源将占很大比例。这些都需要储能系统的强有力支持，开发先进高效的储能技术在当前显得尤为
8、重要与迫切。PS-Br储能电池的应用前景非常广阔。,总结及展望,参考文献,【1】葛善海等. 多硫化钠/溴新型再生燃料电池的研究J. 电源技术, 2002, 26(5):355358. 【2】葛善海等. 多硫化钠/溴储能电池高效电极的研究J. 电源技术, 2003, 27(5):3438. 【3】GE S Het al. Study of a high power density sodium polysulfide/ bromine energy storage cellJ. J Appl Electrochem, 2004, 34(2):181185. 【4】Remick R J, Ang
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10、trochem, 1992, 22(10):927934. 【6】Cooley G E, Male S E, Mitchell P J, et al. Method of carring out electrochemical reactionsP. UK:2346006, 2000. 【7】Clark D G, Turpin M C, Ian W, et al. Vitrified carbon compositionsP. WO:0015576, 2000. 【8】Zito R. Zinc-bromine battery with long term stabilityP. UK:2132
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12、 ion exchange membranesP. WO:0179336, 2001. 【12】Zito R. Process for energy storage and/or power delivery with means for restoring electrolyte balanceP. US:5612148, 1997. 【13】Morrissey P J, Mitchell P J, Male S E. Electrolyte rebalancing systemP. WO:0103221, 2001. 【14】Morrissey P J, Ward N J. Regener
13、ative fuel cell with PH controlP. UK:2374722, 2002. 【15】Morrissey P J, Mitchell P J, Male S E. Process for the removal of sulfate ions from an electrolyteP. WO:0003448, 2000. 【16】 Morrissey P J, Mitchell P J, Szanto D A, et al. Process for operating a regenerative fuel cellP. WO:02071522, 2002,参考文献,谢谢大家！,
