Eine technische Barriere wurde durchbrochen

Derzeit umfassen die wichtigsten internationalen Technologien zur Speicherung chemischer Energie Natriumschwefelbatterien, Lithiumbatterien, Flüssigkeitsstrombatterien, Blei-Säure-Batterien, lithiumeisenphosphatbatterien usw. Der wissenschaftliche Mitarbeiter des Dalian Institute of Chemical Physics, der chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, dass die Entwicklung der Industrie für erneuerbare Energien und Elektrofahrzeuge, die Energiespeichertechnologie und die Industrie von allen Ländern hoch geschätzt werden und dass Forschung und Entwicklung verschiedener neuer elektrochemischer energiespeicherbatterien Technologie hat kontinuierliche Fortschritte gemacht. Unter ihnen sind die repräsentativeren Flüssigkeitsstrombatterien, Lithium-Schwefel-Batterien und Lithium-Luft-Batterien usw., aber ihre technologische Entwicklung steht vor einigen praktischen Herausforderungen.

Energiespeichertechnologie für Flüssigkeitsstrombatterien

Die Flüssigkeitsstrombatterie ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der die gegenseitige Umwandlung von elektrischer Energie und chemischer Energie durch die REDOX-Reaktion flüssiger Wirkstoffe und damit die Speicherung und Freisetzung elektrischer Energie realisieren kann. Aufgrund seiner unabhängigen Leistung und Kapazität, Lade- und Entladetiefe, guten Sicherheit und anderen herausragenden Vorteile ist es zu einer der besten Wahl im Bereich der Energiespeicherung geworden.

Seit der Erfindung der Flüssigkeitsstrombatterie in den 1970er Jahren wurden Hunderte von Projekten vom Labor bis zum Unternehmen, vom Prototyp bis zum Standardprodukt, von der Demonstrationsanwendung bis zur kommerziellen Werbung, vom kleinen bis zum großen Maßstab, von der Einzel- bis zur umfassenden Funktion mit einer Funktion durchgeführt installierte Gesamtleistung von ca. 40 mw.

Die Gesamt-Vanadium-Durchflussbatterie mit einer installierten Leistung von 35 MW ist die am weitesten verbreitete Flüssigkeitsdurchflussbatterie. Mit der technischen Unterstützung des Dalian Institute of Chemical Physics, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Dalian Rongke Energy Storage Technology Development Co., LTD. (im Folgenden als Rongke-Energiespeicher bezeichnet) arbeitete mit dem Dalian Institute of Chemical Physics zusammen, um die Lokalisierung und Produktion von Schlüsselmaterialien für All-Vanadium-Flüssigkeitsstrombatterien in großem Maßstab zu realisieren. Elektrolytprodukte wurden nach Japan, Südkorea, in die USA, nach Deutschland und nach Großbritannien exportiert. Die entwickelte Membran mit hoher Selektivität, hoher Haltbarkeit und geringen Kosten für nicht fluorierte Ionenleitung ist der Leistung der perfluorierten Sulfonsäure-Ionenaustauschmembran überlegen, und der Preis beträgt nur 10% der letzteren, wodurch der "Kostenengpass" von allen wirklich durchbrochen wird -Vanadium Liquid Flow Batterie.

Durch strukturelle Optimierung und Anwendung neuer Materialien hat sich die Nennstromdichte von Vanadium-Durchflussbatterien von ursprünglich 80 ma / c auf 120 increased erhöht, und ma / c hat die gleiche Leistung beibehalten. Die Stromkosten sind um fast 30% gesunken 32 kW, wurde in die USA und nach Deutschland exportiert. Im Mai 2013 wurde im Guodian Longyuan Niushi 50 Megawatt Windpark das weltweit größte Energiespeichersystem mit 5 Megawatt / 10 Megawattstunde Voll-Vanadium-Durchflussbatterie erfolgreich ans Netz angeschlossen. Seitdem wurden das 3-MW / 6-MW-Stunden-Energiespeicherprojekt für den Windnetzanschluss in Jinzhou und das 2-MW / 4-MW-Stunden-Energiespeicherprojekt für Guodian und Wind nacheinander umgesetzt. Dies sind auch wichtige Fälle für China, um das zu erkunden Geschäftsmodell für Energiespeicher.

Ein weiterer Marktführer auf dem Gebiet der All-Vanadium-Durchflussbatterien ist Sumitomo Electric aus Japan. Das Unternehmen hat das Geschäft mit Flüssigkeitsstrombatterien im Jahr 2010 wieder aufgenommen und wird 2015 ein 15-Megawatt- / 60-Megawattstunden-Voll-Vanadium-Flüssigkeitsstrom-Batteriekraftwerk bauen, um die durch die große Last verursachte Regulierung der Spitzenlast und des Stromqualitätsdrucks zu lösen. Skalen-Solarkraftwerk-Netzanschluss in lokalen Gebieten von Hokkaido. Die erfolgreiche Umsetzung dieses Projekts wird ein weiterer Meilenstein auf dem Gebiet der All-Vanadium-Liquid-Flow-Batterie sein. Im Jahr 2014 richtete UniEnergyTechnologies, LLC (UET) mit Unterstützung des US-Energieministeriums und der Washington Clean Energy Foundation ein Energiespeichersystem mit 3 MW / 10 MW Voll-Vanadium-Durchflussbatterie ein. In diesem Projekt wird das Unternehmen UET erstmals seine Mischsäure-Elektrolyt-Technologie anwenden, um die Energiedichte um etwa 40% zu erhöhen, das Temperaturfenster und den Spannungsbereich von All-Vanadium-Durchflussbatterien zu erweitern und den Energieverbrauch des Wärmemanagements zu senken.

Derzeit ist es eine wichtige Aufgabe, die Energieeffizienz und Systemzuverlässigkeit von Flüssigkeitsbatterien zu verbessern und ihre Kosten zu senken. Die Entwicklung von hochleistungsbatteriematerialien, die Optimierung des Batteriestrukturdesigns und die Reduzierung des Innenwiderstands sind die Schlüsseltechnologien. Vor kurzem haben Zhang Hua und sein Team durch die Innovation des Batteriematerials und der Strukturinnovation die Gesamt-Vanadium-Durchflussbatterien der einzelnen Batterie in 80 ma / / c ㎡ Arbeitsstromdichte, Lade- und Entladungsenergieeffizienz von 81% auf 93% erhöht beweisen Sie vor einigen Jahren voll und ganz, dass es einen weiten Raum für Entwicklung und Perspektiven gibt.

Lithium-Schwefel-Batterietechnologie

In den letzten Jahren hat die traditionelle Lithium-Ionen-Batterietechnologie kontinuierliche Fortschritte gemacht, aber die spezifische Energie der Batterie kann die Anforderungen der Anwendung immer noch nicht erfüllen, und die Batterietechnologie ist immer noch der größte Engpass bei der Entwicklung tragbarer elektronischer Geräte und Elektrofahrzeuge . Um einen innovativen Durchbruch in der Technologie von Batterien mit hoher spezifischer Energie zu erzielen, wählten die Forscher die Durchbruchrichtung als Lithium-Schwefel-Batterie mit höherer Energiedichte, Lithium-Luft-Batterie und andere Metall-Luft-Batterie und machten einige Fortschritte. Einige neue Batterietechnologien sind bereits vielversprechend.

Nach den neuesten Nachrichten haben die US-amerikanischen Wissenschaftler kürzlich die Lithium-Schwefel-Batterie durchbrochen, die derzeit vor dem Haupthindernis steht - das Problem der Auflösung von Elektrolyten. Um das Problem des schnellen Ausfalls der Lithium-Schwefel-Batterie schnell zu lösen, wird erwartet, dass der technologische Durchbruch die Wettbewerbsfähigkeit des Marktes erheblich verbessern wird Lithium-Schwefel-Batterie. In der im British Royal Society Journal Journal of Nanoscale Paper der University of California, Riverside Bourns College of Engineering, veröffentlichten Studie haben Forscher angekündigt, kürzlich erfolgreich ein nanoskaliges Schwefelpartikel zu entwickeln, das durch die Kombination von Siliziumdioxid, das durch das Kathodenmaterial gebildet wird, das Lithium verhindern kann Batterieelektrolyt, die Auflösung einer signifikanten Steigerung der Batterieleistung.

Lithium-Schwefel-Batterie ist eine Art Batterie mit Schwefelelement als positiver Elektrode und Lithiummetall als negativer Elektrode. Seine theoretische spezifische Energiedichte kann bis zu 2600 Wh / kg betragen, und die tatsächliche Energiedichte kann bis zu 450 Wh / kg betragen. Gleichzeitig ist elementarer Schwefel billig, reichlich vorhanden und umweltfreundlich, was der Industrialisierung der Hochspezifischen energiebatterietechnologie am nächsten kommt.

International gehören zu den repräsentativen Forschungs- und Entwicklungsherstellern für Lithium-Schwefel-Batterien SionPower, Polyplus, Moltech aus den USA, Oxis aus Großbritannien und Samsung aus Südkorea usw., unter denen SionPower am repräsentativsten ist. Im Jahr 2010 verwendete SionPower eine Lithium-Schwefel-Batterie für unbemannte Luftfahrzeuge (UAV). Die Batterie wurde tagsüber von Solarzellen aufgeladen und nachts entladen, um Strom zu liefern. Damit wurde ein Rekord von 14 aufeinanderfolgenden Flugtagen für uav aufgestellt. Es ist ein erfolgreiches Anwendungsbeispiel für Lithium-Schwefel-Batterien. In China konzentriert sich die Forschung zu Lithium-Schwefel-Batterien hauptsächlich auf das dalische Institut für chemische Verbindungen, die chinesische Akademie der Wissenschaften, das chinesische Institut für chemische Prävention, das Pekinger Institut für Technologie und andere Forschungseinrichtungen und hat sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Gegenwärtig ist die inländische Lithium-Schwefel-Batterie in Bezug auf die Energiedichte (> 450 Wh / kg) weltweit führend, aber nach Dutzenden normaler Lade- und Entladevorgänge ist die Energiedichte stark reduziert und ihre Lebensdauer muss verbessert werden dringend.

Lithium-Schwefel-Batterie ist eine der fortschrittlichsten Technologien der Welt. Der Schlüssel zur Industrialisierung von Lithium-Schwefel-Batterien besteht darin, die Lebensdauer und Sicherheit der Batterie erheblich zu verbessern.

Metallluftbatterietechnologie

Gegenwärtig haben Metallluftbatterien, insbesondere Lithium-Luftbatterien, viel Aufmerksamkeit erregt und viele wichtige Fortschritte erzielt.

Die Lithium-Luft-Batterie nimmt Lithiummetall als negative Elektrode und Luftsauerstoff als aktives Material der positiven Elektrode. Durch die elektrochemische Reaktion zwischen Lithium und Sauerstoff wird die gegenseitige Umwandlung von elektrischer und chemischer Energie realisiert. Die theoretische Energiedichte der Batterie beträgt etwa 3500 Wh / kg, was zehnmal höher ist als bei Lithium-Ionen-Batterien und in der Nähe von Benzin. Mit Blick auf die möglichen Anwendungsaussichten von Lithium-Luft-Batterien haben viele Länder der Welt relevante Forschungsarbeiten durchgeführt. IBM hat an dem Projekt "Batterie 500" gearbeitet, mit dem eine Reichweite von 500 Meilen mit einer einzigen Ladung erreicht werden soll. Die Hinzufügung von Unternehmen wie Japans Asahi-Chemikalie wird die Erforschung von Membran und Elektrolyt fördern.

Lithium-Luft-Batterien sind kein neues Konzept, das erstmals 1976 von Lockheed-Forschern vorgeschlagen wurde. 1996 stellten Abraham et al. schlugen das System der organischen Elektrolytflüssigkeit vor, das eine neue Situation der Lithium-Luft-Batterieforschung einleitete. Derzeit konzentriert sich die Untersuchung der Lithium-Luft-Batterie hauptsächlich auf die positive Elektrode, die direkt die Leistung der Batterie bestimmt. In Bezug auf die Energiedichte ist Graphen das repräsentativste Material. Forscher des pazifischen Nordwestlabors in den USA haben ein geschichtetes Graphenmaterial mit einer blasenartigen Struktur entwickelt, das eine entladungsspezifische Kapazität von etwa 15.000 mah / g erreicht, die weit über der von vorhandenen Lithium-Ionen-Batterien liegt.

Die sauerstoffhaltigen Zwischenprodukte, die beim Laden und Entladen von Lithium-Luft-Batterien entstehen, reagieren jedoch chemisch mit Kohlenstoffmaterialien und Elektrolyten, wodurch eine große Anzahl von Nebenprodukten (wie Lithiumcarbonat usw.) entstehen. ), was den Batteriezyklus stark beeinflusst und das Engpassproblem darstellt, das seine Entwicklung einschränkt. Bruce et al. Auf die positive Elektrode wurde poröses Gold und Titancarbid aufgebracht, was Nebenreaktionen wirksam hemmen kann, und die Retentionsrate von 100 Zyklen ist größer als 95%.

Eine hohe Energiedichte ist der Hauptvorteil einer Lithium-Luft-Batterie, und die Zirkulationsstabilität ist der Schlüssel zur Entwicklung ihrer Technologie. Andererseits sind die Reinigung von Lithiummetall, der Schutz der Lithiumanode und die Dendritenhemmung während des Ladens und Entladens, die Entwicklung hochaktiver positiver katalytischer Komponenten und einer selektiven sauerstoffdurchlässigen Membran sowie die Integrationstechnologie des Batteriestrukturdesigns alles Probleme, die effektiv sein müssen im praktischen Prozess gelöst.

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