液流電池
液流電池（英語：Flow battery），一種蓄電池，在這個系統中，通常包含兩個容器，其中儲存著液體化學溶液，形成兩個次系統。這兩個次系統間的連接部份，為發電區，以一個薄膜隔開[2][3]。這兩種化學溶液，由它們所在容器，流動到發電區，隔著薄膜，產生離子交換，透過這種方式來進行放電或儲電。它的發電能力，可以經由能斯特方程計算出來，在實作上，通常是介於1.0 至 2.2伏特之間。
液流電池技術上類似於既是燃料電池又是電化電池（電化學可逆性）。雖然它具有技術上的優勢，比如潛在的可分離液體儲罐和接近無限的使用壽命超過大部分傳統的充電電池，目前的液流電池實現方式相對較少，並需要更複雜的電子產品[需要解釋]。
能量容量是電解質體積（液體電解質的數量）的函數，並且功率是電極表面積的函數。
構造原理
[編輯]液流電池是可再充電的燃料電池，其中含有一種或多種溶解的電活性元素的電解質流過電化電池，該電化學電池將化學能直接可逆地轉化為電（電活性元素是"可以參與電極反應的溶液中的元素或者可以被吸附在電極"上)。額外的電解質通常被儲存在外部，通常在水箱中，並且通常泵送通過反應器的電池（或多個電池）上，儘管重力供料系統也是已知的。通過更換電解液（以與內燃機的再填充燃料箱類似的方式）可以快速「再充電」液流電池，同時回收用過的材料以重新通電。許多液流電池由於其低成本和足夠的導電性而使用碳氈電極，儘管這些電極由於其對許多氧化還原電對的低固有活性而在某種程度上限制了充電/放電功率[4][5]。
換句話說，液流電池就像電化電池一樣，除了離子溶液（電解質）不被存儲在電極周圍的電池中。 相反，離子溶液儲存在電池外部，並且可以被進料到電池中以產生電。 可以產生的總電量取決於儲存水箱的尺寸。
類型
[編輯]已經開發了各種類型的液流電池[7]，包括氧化還原，混合和無膜。 傳統電池和液流電池之間的根本區別在於，能量不是作為傳統電池中的電極材料被存儲，而是作為液流電池中的電解質被存儲。
化學成分
[編輯]已經嘗試了各種用於液流電池的化學品[2]。
| Couple | 最大電池電壓 (V) | 平均電極功率密度 (W/m2) | 平均流體能量密度 (W·h/kg or W·h/L) | 循環 |
|---|---|---|---|---|
| 氫–溴酸鋰 | 1.1 | 15,000 | 750 Wh/Kg | |
| 氫–氯酸鋰 | 1.4 | 10,000 | 1400 Wh/Kg | |
| 溴-氫 | 1.07 | 7,950 | ||
| 鐵-鐵 | 1.21 | 500 | ||
| 鐵–錫 | 0.62 | <200 | ||
| 鐵–鈦 | 0.43 | <200 | ||
| 鐵–鉻 | 1.07 | <200 | ||
| 有機 (2013) | 0.8 | 13000 | 21.4 Wh/L | 10 |
| 有機 (2015) | 1.2 | 7.1 Wh/L | 100 | |
| MV-TEMPO | 1.25 | 8.4 Wh/L | 100 | |
| 釩-釩（硫酸鹽） | 1.4 | ~800 | 25 Wh/L | |
| 釩-釩（溴化物） | 50 Wh/L | 2000[2] | ||
| 鈉-溴多硫化物 | 1.54 | ~800 | ||
| 鋅-溴 | 1.85 | ~1,000 | 75 Wh/Kg | |
| 鉛-酸（甲磺酸鹽） | 1.82 | ~1,000 | ||
| 鋅-鈰（甲磺酸鹽） | 2.43 | <1,200–2,500 | ||
| 鋅-錳(VI)/錳(VII) | 1.2 | 60 Wh/L |
參看
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參考資料
[編輯]- ^ Qi, Zhaoxiang; Koenig, Gary M. Review Article: Flow battery systems with solid electroactive materials. Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena. 2017-05-12, 35 (4): 040801 [2018-12-06]. ISSN 2166-2746. doi:10.1116/1.4983210. （原始內容存檔於2017-10-26）.
- ^ 2.0 2.1 2.2 Badwal, Sukhvinder P. S.; Giddey, Sarbjit S.; Munnings, Christopher; Bhatt, Anand I.; Hollenkamp, Anthony F. Emerging electrochemical energy conversion and storage technologies. Frontiers in Chemistry. 24 September 2014, 2 [2018-12-06]. PMC 4174133
. PMID 25309898. doi:10.3389/fchem.2014.00079. （原始內容存檔於2014-11-29）.
- ^ Alotto, P.; Guarnieri, M.; Moro, F. Redox Flow Batteries for the storage of renewable energy: a review. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2014, 29: 325–335. doi:10.1016/j.rser.2013.08.001.
- ^ Aaron, Douglas. In Situ Kinetics Studies in All-Vanadium Redox Flow Batteries. ECS Electrochemistry Letters: A29–A31. doi:10.1149/2.001303eel.
- ^ McCreery, Richard L. Advanced Carbon Electrode Materials for Molecular Electrochemistry. Chemical Reviews. July 2008, 108 (7): 2646–2687 [2018-12-06]. ISSN 0009-2665. doi:10.1021/cr068076m. （原始內容存檔於2019-08-11） （英語）.
- ^ Arenas, L.F.; Ponce de León, C.; Walsh, F.C. Engineering aspects of the design, construction and performance of modular redox flow batteries for energy storage. Journal of Energy Storage. June 2017, 11: 119–153. doi:10.1016/j.est.2017.02.007.
- ^ Noack, J.; Roznyatovskaya, N.; Herr, T.; Fischer, P. The Chemistry of Redox-Flow Batteries.. Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54: 9776–9809. doi:10.1002/anie.201410823.
外部連結
[編輯]- Electropaedia on Flow Batteries （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（英文）
- Research on the uranium redox flow battery（英文）
- 淺談電能儲存與液流電池(flow batteries)的最新發展 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）（繁體中文）
- YouTube上的液流電池如何工作（英文）
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