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碱硫液体电池 编辑

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碱硫液体电池

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碱硫液体电池(SLIQ)是一种仅由一种可充电液体和可用于电网存储的技术组成的液体电池。这是一个有趣的概念,因为它简单、成本低、耐用、热稳定性(无热失控)、低碳足迹、消除了对稀土矿物的储存需求及其对运输系统的适用性。这种电池的特点是内部电解质和阴极液不断更新,使使用寿命非常长。这种存储技术具有每千瓦时储能介质的低碳足迹,发明人的最终目标是进一步降低碳足迹。英国商业能源和工业战略部(BEIS)已确定一家公司在2013年成功安装了这种原型。一份BEIS报告将这项技术描述为一种低成本、持久且易于扩展的新型液流电池技术.可用于经济且可持续的长期储存。

电池化学和活性材料

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增强电池储能的最有希望的可能性之一是使用硫作为正极。锂硫电池是一种诱人的解决方案,因为硫具有高理论容量(1675mAhg-1),并且无毒、丰富且成本非常低。当使用元素硫作为正极时,锂硫电池中的放电反应可以简化为以下形式:S8+16Li→8Li2S实际上,发生的反应要复杂得多,并且通过几种中间体发生,统称为多硫化物。为了发生充电或放电反应,碳必须作为催化集电器存在,允许电子通过。碳被用作三相界面,提供一个硫或多硫化物、锂离子和电子可以一步相互作用的位点。这xxx提高了反应速率,使锂硫电池成为一种实用的可能性,而不仅仅是理论上的可能性。长期以来,由于多硫化锂的高反应性,电池充电或放电过程中中间反应的确切性质一直处于推测之中。这种高反应性使得几乎不可能对基材进行任何类型的分析,因为它们不可避免地会在几秒钟内降解。SLIQ电池与锂硫电池的电压曲线和重量容量非常相似。SLIQ电池在放电过程中有四个离散阶段。SLIQ电池的容量与电压图如下所示,清楚地显示了放电过程中的这四个离散阶段。xxx阶段发生在2.4V和2.1V的电压之间,2.3V和2.1V之间的电压急剧下降代表第二阶段。第三阶段是2.1V和2.05V之间的平缓斜坡,然后是第二个急剧下降,即第四阶段,发生在2.05V-1.5V之间。放电每个阶段发生的反应如下所列;反应的初级阶段是:S8+2e-→S82-S8+4e-→S72-+S2-S8+4e-→S62-+S22-S8+4e-→S52-+S32-S8+4e-→2S42-反应的第二阶段是;S82-+2e-→S62-+S22-S82-+2e-→S52-+S32-S82-+2e-→2S42-S72-+2e-→S52-+S32-S62-+2e-→2S32-S52-+2e-→S32-+S22-S42-+2e-→2S22-第三阶段的反应是;S32-+2e-→S22-+S2-反应的第四阶段是;S22-+2e-→2S2-较长链的多硫化物(Li2Sx,其中4≤x≤8)主要在xxx阶段生成,第二阶段的贡献较小。需要注意这一点,因为长链多硫化物是锂硫电池中的主要问题之一:多硫化物穿梭。SLIQ是通过使用化学、电气机械方法解决多硫化物穿梭问题而开发的。放电的第三和第四阶段是产生S2-的地方。这种分子被称为绝缘产品(Li2S),它的形成会在电极上形成钝化层,导致硫未被充分利用。钝化层对电子的传导甚至比元素硫(一种已知的绝缘体)更差,因此硫必须迁移到集电器表面才能反应。钝化层进一步干扰了这一过程,因为Li2S不易传导元素硫(S8),使反应动力学非常缓慢。已开发出SLIQ技术,为解决这些已知问题提供了实用的解决方案。在这种电池技术中,电解质和部分阴极被转化为不断更新和自由流动的液体,使其成为一种不同的电池变体,同时解决了上面解释的一些固有问题。结果是令人耳目一新的多硫化物氧化还原单液电池(SLIQ)。除了低成本之外,SLIQ还具有高能量密度、由于使用Li-S化学物质而产生的毫秒级响应时间以及由于冲洗和计量技术而延长的使用寿命。功率和能量可独立扩展,提供完全的灵活性。电源组的大小决定了电池的功率,而罐中的液体量决定了电池的容量。安装在英国苏格兰Knoydart半岛Inverie的xxx台演示器展示了高达96.8%的DC-DC效率。

表现

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一个自2017年开始运行的演示器显示了93.15%的整体AC-AC往返效率,这相对于其他具有在线参考的可比电池存储系统而言更高。该技术基于锂硫电池技术,具有2600Whkg-1的高理论能量密度和1675mAhg-1的理论能量容量。因此SLIQ技术的理论能量密度和理论能量容量可以分别非常接近2600Whkg-1和1675mAhg-1。这种碱硫液体电池已被选入ARPA-E官方网站发布的“未来电力市场中“灵活”先进核电站的成本和性能要求”报告中。

碱硫液体电池的发明与奖项

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单液电池或碱硫液电池是由PasiduPallawela于2013年发明的。据世界知识产权组织WIPOPasiduPallawela称,StorTera拥有该技术的专利权。该技术已在多个备受瞩目的工业能源会议上进行了展示,例如英国的AllEnergy会议和展览。作为一项商业创新,该技术在2017年被MEL英国商会奖提名为最佳商业创新,并获得了类别奖。SLIQ在2020年还获得了多个Rushlight奖项,获得了整体Rushlight奖、能源环境组类别奖和能源效率组奖。

碱硫液体电池

原型和工业应用

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可持续岛屿国际网站报道称,已在苏格兰安装了一个30kWh/8kW原型以支持偏远社区,并自2013年以来一直成功运行。该产品最近已被加拿大和英国政府选中安装大型SLIQ电池系统以支持电网并支持可再生能源的存储。根据英国报纸上的这篇新闻文章,这项技术和支持电子设备将展示这种储能系统如何增加可再生能源的吸收,为客户公用事业节省资金,并通过提高电能的使用来加速碳减排。斯特拉斯克莱德大学正在领导一个旨在降低成本和提高电池技术性能的研究项目,用于使用该技术的发展中国家和新兴经济体。随着这项技术在发展中国家的发展,法拉第研究所和斯特拉斯克莱德大学相信,他们可以帮助连接性低或没有连接性的社区可靠地获取能源,并为发展中国家和新兴经济体带来经济、社会和环境效益。


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  1. 碱硫液体电池
  2. 电池化学和活性材料
  3. 表现
  4. 碱硫液体电池的发明与奖项
  5. 原型和工业应用

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