• 堿硫液體電池

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    堿硫液體電池

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    堿硫液體電池(SLIQ)是一種僅由一種可充電液體和可用于電網存儲的技術組成的液體電池。這是一個有趣的概念,因為它簡單、成本低、耐用、熱穩定性(無熱失控)、低碳足跡、消除了對稀土礦物的儲存需求及其對運輸系統的適用性。這種電池的特點是內部電解質和陰極液不斷更新,使使用壽命非常長。這種存儲技術具有每千瓦時儲能介質的低碳足跡,發明人的最終目標是進一步降低碳足跡。英國商業能源和工業戰略部(BEIS)已確定一家公司在2013年成功安裝了這種原型。一份BEIS報告將這項技術描述為一種低成本、持久且易于擴展的新型液流電池技術.可用于經濟且可持續的長期儲存。

    電池化學和活性材料

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    增強電池儲能的最有希望的可能性之一是使用作為正極。鋰硫電池是一種誘人的解決方案,因為硫具有高理論容量(1675mAhg-1),并且無毒、豐富且成本非常低。當使用元素硫作為正極時,鋰硫電池中的放電反應可以簡化為以下形式:S8+16Li→8Li2S實際上,發生的反應要復雜得多,并且通過幾種中間體發生,統稱為多硫化物。為了發生充電或放電反應,碳必須作為催化電器存在,允許電子通過。碳被用作三相界面,提供一個硫或多硫化物、鋰離子和電子可以一步相互作用的位點。這xxx提高了反應速率,使鋰硫電池成為一種實用的可能性,而不僅僅是理論上的可能性。長期以來,由于多硫化鋰的高反應性,電池充電或放電過程中中間反應的確切性質一直處于推測之中。這種高反應性使得幾乎不可能對基材進行任何類型的分析,因為它們不可避免地會在幾秒鐘內降解。SLIQ電池與鋰硫電池的電壓曲線和重量容量非常相似。SLIQ電池在放電過程中有四個離散階段。SLIQ電池的容量與電壓圖如下所示,清楚地顯示了放電過程中的這四個離散階段。xxx階段發生在2.4V和2.1V的電壓之間,2.3V和2.1V之間的電壓急劇下降代表第二階段。第三階段是2.1V和2.05V之間的平緩斜坡,然后是第二個急劇下降,即第四階段,發生在2.05V-1.5V之間。放電每個階段發生的反應如下所列;反應的初級階段是:S8+2e-→S82-S8+4e-→S72-+S2-S8+4e-→S62-+S22-S8+4e-→S52-+S32-S8+4e-→2S42-反應的第二階段是;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-第三階段的反應是;S32-+2e-→S22-+S2-反應的第四階段是;S22-+2e-→2S2-較長鏈的多硫化物(Li2Sx,其中4≤x≤8)主要在xxx階段生成,第二階段的貢獻較小。需要注意這一點,因為長鏈多硫化物是鋰硫電池中的主要問題之一:多硫化物穿梭。SLIQ是通過使用化學、電氣機械方法解決多硫化物穿梭問題而開發的。放電的第三和第四階段是產生S2-的地方。這種分子被稱為絕緣產品(Li2S),它的形成會在電極上形成鈍化層,導致硫未被充分利用。鈍化層對電子的傳導甚至比元素硫(一種已知的絕緣體)更差,因此硫必須遷移到集電器表面才能反應。鈍化層進一步干擾了這一過程,因為Li2S不易傳導元素硫(S8),使反應動力學非常緩慢。已開發出SLIQ技術,為解決這些已知問題提供了實用的解決方案。在這種電池技術中,電解質和部分陰極被轉化為不斷更新和自由流動的液體,使其成為一種不同的電池變體,同時解決了上面解釋的一些固有問題。結果是令人耳目一新的多硫化物氧化還原單液電池(SLIQ)。除了低成本之外,SLIQ還具有高能量密度、由于使用Li-S化學物質而產生的毫秒級響應時間以及由于沖洗和計量技術而延長的使用壽命。功率和能量可獨立擴展,提供完全的靈活性。電源組的大小決定了電池的功率,而罐中的液體量決定了電池的容量。安裝在英國蘇格蘭Knoydart半島Inverie的xxx臺演示器展示了高達96.8%的DC-DC效率。

    表現

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    一個自2017年開始運行的演示器顯示了93.15%的整體AC-AC往返效率,這相對于其他具有在線參考的可比電池存儲系統而言更高。該技術基于鋰硫電池技術,具有2600Whkg-1的高理論能量密度和1675mAhg-1的理論能量容量。因此SLIQ技術的理論能量密度和理論能量容量可以分別非常接近2600Whkg-1和1675mAhg-1。這種堿硫液體電池已被選入ARPA-E官方網站發布的“未來電力市場中“靈活”先進核電站的成本和性能要求”報告中。

    堿硫液體電池的發明與獎項

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    單液電池或堿硫液電池是由PasiduPallawela于2013年發明的。據世界知識產權組織WIPOPasiduPallawela稱,StorTera擁有該技術的專利權。該技術已在多個備受矚目的工業能源會議上進行了展示,例如英國的AllEnergy會議和展覽。作為一項商業創新,該技術在2017年被MEL英國商會獎提名為最佳商業創新,并獲得了類別獎。SLIQ在2020年還獲得了多個Rushlight獎項,獲得了整體Rushlight獎、能源環境組類別獎和能源效率組獎。

    堿硫液體電池

    原型和工業應用

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    可持續島嶼國際網站報道稱,已在蘇格蘭安裝了一個30kWh/8kW原型以支持偏遠社區,并自2013年以來一直成功運行。該產品最近已被加拿大和英國政府選中安裝大型SLIQ電池系統以支持電網并支持可再生能源的存儲。根據英國報紙上的這篇新聞文章,這項技術和支持電子設備將展示這種儲能系統如何增加可再生能源的吸收,為客戶公用事業節省資金,并通過提高電能的使用來加速碳減排。斯特拉斯克萊德大學正在領導一個旨在降低成本和提高電池技術性能的研究項目,用于使用該技術的發展中國家和新興經濟體。隨著這項技術在發展中國家的發展,法拉第研究所和斯特拉斯克萊德大學相信,他們可以幫助連接性低或沒有連接性的社區可靠地獲取能源,并為發展中國家和新興經濟體帶來經濟、社會和環境效益。

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    詞條目錄
    1. 堿硫液體電池
    2. 電池化學和活性材料
    3. 表現
    4. 堿硫液體電池的發明與獎項
    5. 原型和工業應用

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