鋅溴液流電池

鋅溴液流電池作為其中之一的液流電池技術，由於在系統設計中有非常大的靈活性和極強的可擴展性，在大規模儲能技術領域受到重視。同時，含鋅體系的可充電電池由於鋅的高能量密度以及低成本，長期以來被認為在大規模儲能系統應用中具有競爭力；而鋅溴液流電池則是作為這兩種技術的結合，該技術在儲能領域中的應用將具有很高潛力

建立在鋅/溴電極對基礎上的鋅溴電池的概念，早在一百多年前就已經取得了專利，其基本電極反應如下：

在此基礎上發展起來的鋅溴液流電池的基本原理如圖1所示，正/負極電解液同為ZnBr水溶液，電解液通過泵循環流過正/負電極表面。充電時鋅沉積在負極上，而在正極生成的溴會馬上被電解液中的溴絡合劑絡合成油狀物質，使水溶液相中的溴含量大幅度減少，同時該物質密度大於電解液，會在液體循環過程中逐漸沉積在儲罐底部，大大降低了電解液中溴的揮發性，提高了系統安全性；在放電時，負極表面的鋅溶解，同時絡合溴被重新泵入循環迴路中並被打散，轉變成溴離子，電解液回到溴化鋅的狀態，反應是完全可逆的。

圖2為鋅溴電池系統原理圖，圖中可以看出，鋅溴液流電池主要由三部分組成，包括液路循環及輔助系統、電解液以及電堆。其中電堆為雙極性結構，每片電池通過雙極板在電路上形成串聯結構，而電解液通過管泵系統並聯地分配到每片電池中，在提高電池的功率密度的同時，液路的並聯結構為片間的一致性提供保障；液路循環及輔助系統主要由儲罐、管泵、二相閥及各種感測器構成，在進行電解液循環的同時，實時的反饋電池的各項信息，如液位、溫度等。

作為鋅溴液流電池的核心部件——電堆則由以下幾部分組成：外部的端板為電堆的緊固提供剛性支撐，通過端電極與外部設備相連，實現對電池的充放電，雙極板和隔膜與具有流道設計的邊框連接，在極板框和隔膜框中加入隔網，提供電池內部的支撐，一組極板框和膜框構成鋅溴液流電池的單池，多組單電池的堆疊形成鋅溴液流電池的電堆，如圖3所示。

自20世紀70年代以來，鋅溴液流電池技術受到廣泛的關注，在如何提高電池性能和壽命，保證其安全性及可靠性方面進行大量的研發工作，內容涵蓋了數學模型分析、電極及隔膜材料研究、電解液優化、控制及運行策略開發等多個方面，並取得了顯著的進展。

數學模型分析

作為液流電池體系，尤其是像鋅溴液流沉積型的半液流電池，通過對傳質過程、電極過程動力學、材料特性等方面的研究，建立電池的數學模型，有助於研究者對實際過程深入了解，從而更有效地為研發提供指導。

關鍵材料研究

鋅溴液流電池的關鍵材料包括電極、隔膜、電解液等，通過對關鍵材料的研發，提高相應的技術指標，可有效地降低電池成本，改善電池的性能和壽命，因而具有極為重要的意義。

運行與控制策略開發

作為一種儲能技術，必須有正確的運行及控制策略，才能保證系統在實際應用中的可靠性和使用壽命。鋅溴液流電池系統的運行控制策略主要涉及熱管理，液位及泵閥控制，電量監測，電池維護等。

同其它電池技術相比，鋅溴液流電池技術具有下列特點：

（1）鋅溴液流電池具有較高的能量密度。鋅溴液流電池的理論能量密度可達435 W.h/kg，實際能量密度可達60 W.h/kg；

（2）正負極兩側的電解液組分(除去絡合溴)是完全一致的，不存在電解液的交叉污染，電解液理論使用壽命無限；

（3）電解液的流動有利於電池系統的熱管理，傳統電池很難做到；

（4）電池能夠放電的容量是由電極表面的鋅載量決定的，電極本身並不參與充放電反應，放電時表面沉積的金屬鋅可以完全溶解到電解液中，因此鋅溴液流電池可以頻繁地進行100%的深度放電，且不會對電池的性能和壽命造成影響；

（5）電解液為水溶液，且主要反應物質為溴化鋅，油田中常用作鑽井的完井液，因此系統不宜出現著火、爆炸等事故，安全性高；

（6）所使用的電極及隔膜材料主要成分均為塑料，不含重金屬，可回收利用且對環境友好：

（7）系統總體造價低，具有商業應用前景。