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Fabrication of highly effective electrodes for iron chromium redox flow battery
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作者 Yingchun Niu Chao Guo +7 位作者 Yinping Liu Guangfu Wu Tianhang Zhou Fangang Qu Ziji Yang Ali Heydari Chunming Xu Quan Xu 《Nano Research》 SCIE EI CSCD 2024年第5期3988-3996,共9页
Iron-chromium redox flow batteries(ICRFBs)have emerged as promising energy storage devices due to their safety,environmental protection,and reliable performance.The carbon cloth(CC),often used in ICRFBs as the electro... Iron-chromium redox flow batteries(ICRFBs)have emerged as promising energy storage devices due to their safety,environmental protection,and reliable performance.The carbon cloth(CC),often used in ICRFBs as the electrode,provides a suitable platform for electrochemical processes owing to its high surface area and interconnected porous structure.However,the CC electrodes have issues,such as,insufficient electron transfer performance,which limits their industrial application.Here,we employed silicic acid etching to carve dense nano-porous structures on the surface of CC electrodes based on the favorable design of ICRFBs and the fundamental principles of electrode polarization losses.As a result,we developed a multifunctional carbon cloth electrode with abundant vacancies,notably enhancing the performance of the battery.The fabricated electrode showcased a wealth of defect sites and superior electronic transport properties,offering an extensive and effective reaction area for rapidly flowing electrolytes.With an electrode compression ratio of 40%and the highest current density in ICRFBs so far(140 mA·cm^(-2)),the battery achieved the average energy efficiency of 81.3%,11.24%enhancement over the previously published work.Furthermore,throughout 100 charge-discharge cycles,the average energy efficiency degradation was negligible(~0.04%),which has the potential to become the most promising candidate for large-scale and long-term electrochemical energy storage applications. 展开更多
关键词 iron chromium redox flow battery electron carbon cloth defect site density functional theory(DFT)calculation
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金属有机框架衍生的C-Bi/CC电极制备及其在铁铬液流电池中的电化学性能
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作者 周洋 韩培玉 +2 位作者 牛迎春 徐春明 徐泉 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期381-389,共9页
电极是铁铬液流电池的重要组成部分,是电解液中活性组分发生电化学反应的场所。理想的电极材料应具备高电导率、大比表面积、高电化学活性、低成本等特性,而目前的电极材料往往不能兼顾。金属有机框架(MOF)兼具高导电性、高催化性能的优... 电极是铁铬液流电池的重要组成部分,是电解液中活性组分发生电化学反应的场所。理想的电极材料应具备高电导率、大比表面积、高电化学活性、低成本等特性,而目前的电极材料往往不能兼顾。金属有机框架(MOF)兼具高导电性、高催化性能的优点,能够为电化学反应提供更多的活性位点,因此被广泛应用在电极材料中。此项工作通过水热法制备了以碳布负载Bi-MOF为前驱体(Bi-MOF/CC)的铋基碳布(CC)电极(C-Bi/CC)。通过探究金属盐的添加量与电极性能的耦合关系,提升了电极的性能,结果显示,使用90 mg金属盐的电极样品极化电阻仅1.069Ω,相较于原始碳布降低了8.5%、Cr3+还原过电位为0.25 V,使用普通碳布作为正极,改性过的电极作为铁铬液流电池负极进行电池循环性能测试,在电流密度为80 mA/cm2时能量效率达89.7%,库仑效率达97.2%,电压效率达92.3%;在电流密度为140 mA/cm2时能量效率达到83.8%,库仑效率达98.1%,电压效率达85.5%。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 电极材料 电化学性能 能量效率
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铋纳米颗粒负载的氮掺杂石墨毡用于稳定高效的铁铬液流电池
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作者 车航欣 高宇飞 +6 位作者 杨家辉 洪崧 郝磊端 徐亮 Sana Taimoor Alex WRobertson 孙振宇 《新型炭材料(中英文)》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期131-141,共11页
铁铬氧化还原液流电池(ICRFB)是一种具有成本效益的可规模化储能系统,其利用资源丰富、低成本的铬和铁作为电解液的活性物质。然而,ICRFB存在Cr^(3+)/Cr^(2+)电化学活性低、负极易产生严重的析氢反应(HER)等问题。本文报道了一种简单的... 铁铬氧化还原液流电池(ICRFB)是一种具有成本效益的可规模化储能系统,其利用资源丰富、低成本的铬和铁作为电解液的活性物质。然而,ICRFB存在Cr^(3+)/Cr^(2+)电化学活性低、负极易产生严重的析氢反应(HER)等问题。本文报道了一种简单的合成策略,即通过自聚合和湿化学还原方法结合煅烧处理,在氮掺杂石墨毡(GF)表面沉积了非晶态铋(Bi)纳米颗粒(NPs),其作为ICRFB的负极材料时可展示出高效的电化学性能。生成的BiNPs与H+形成中间体,极大地抑制了HER副反应。此外,Bi的引入和GF表面的N掺杂通过协同作用显著提高了Fe^(2+)/Fe^(3+)和Cr^(3+)/Cr^(2+)的电化学活性,降低了电荷传递电阻,提高了反应传质速率。在不同的电流密度下,经25次循环,库仑效率仍高达97.7%。在60.0 mA cm^(-2)电流密度下,能量效率达到85.8%,超过了许多其他报道的材料。循环100次后容量达到862.7 mAh/L,约为GF的5.3倍。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 BI 负极 氮掺杂 石墨毡
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碱性锌铁液流电池的充放电行为和性能优化
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作者 彭海泉 赵丽娜 胡显龙 《中国资源综合利用》 2023年第6期5-7,共3页
作为新型的电化学储能装置,碱性锌铁液流电池具有安全稳定、成本低、环境友好等优势而受到广泛关注,成为最具发展前景的电化学储能技术之一。本文从支持电解质浓度、活性物质浓度、温度和充放电性能入手,对电池进行循环伏安及充放电测试... 作为新型的电化学储能装置,碱性锌铁液流电池具有安全稳定、成本低、环境友好等优势而受到广泛关注,成为最具发展前景的电化学储能技术之一。本文从支持电解质浓度、活性物质浓度、温度和充放电性能入手,对电池进行循环伏安及充放电测试,确定碱性锌铁液流电池的最优支持电解质与活性物质浓度、最佳工作温度与电流密度。在电池的最优运行参数下,对电池进行长期充放电测试,得到电池的电流效率、电压效率与能量效率。 展开更多
关键词 碱性锌铁液流电池 支持电解质 活性物质 温度 电流密度
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两性聚醚醚酮离子交换膜制备及应用 被引量:1
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作者 孙璇 王曙光 +4 位作者 张蓉 江小松 胡磊 焉晓明 贺高红 《膜科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期17-23,共7页
对铁铬液流电池用的离子交换膜进行分子设计,以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基质,通过反应引入叔胺基团,制备了两性聚醚醚酮(ASPEEK).两性结构促进了膜中高效氢键网络的构建,从而可以形成较大的亲水离子团簇.同时,叔胺基团与磺酸基团之间形成... 对铁铬液流电池用的离子交换膜进行分子设计,以磺化聚醚醚酮(SPEEK)为基质,通过反应引入叔胺基团,制备了两性聚醚醚酮(ASPEEK).两性结构促进了膜中高效氢键网络的构建,从而可以形成较大的亲水离子团簇.同时,叔胺基团与磺酸基团之间形成酸碱对效应,有效抑制了膜的吸水溶胀并改善了膜的微相分离结构,缩小了离子通道大小.另外,叔胺在酸性环境下质子化之后带有的正电荷可排斥铁铬离子,进而实现了铁铬液流电池库伦效率与能量效率的有效提升.在70 mA/cm^(2)电流密度下铁铬电池性能测试中,ASPEEK膜的库伦效率为96.9%,能量效率达到80.57%. 展开更多
关键词 铁铬液流电池 两性聚醚醚酮 离子选择性
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基于Bi^(3+)过膜缓释策略的在线铋沉积对铁铬液流电池性能的影响 被引量:1
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作者 杨基鹏 叶强 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1075-1082,共8页
大规模、低成本长时电能储存的迫切需求再次激发了人们研究和开发铁铬液流电池的兴趣。降低析氢副反应速率并提高负极电化学反应活性是提高铁铬液流电池系统效率、降低运行成本的关键。负极铋催化剂的在线沉积已被证明是提高负极性能的... 大规模、低成本长时电能储存的迫切需求再次激发了人们研究和开发铁铬液流电池的兴趣。降低析氢副反应速率并提高负极电化学反应活性是提高铁铬液流电池系统效率、降低运行成本的关键。负极铋催化剂的在线沉积已被证明是提高负极性能的有效方法,但关于铋载量对电池性能的影响、以及高效均匀的铋沉积策略目前还缺乏系统的认识和深入的研究。本文针对提升催化剂沉积均匀性的难题,首次提出了基于铋离子由正极电解液承载过膜穿透至负极的缓释沉积策略。通过在正极电解液添加不同浓度的BiCl_(3),研究沉积速率和铋载量对铁铬液流电池性能的影响。研究发现,随着负极铋载量的持续增加,铁铬液流电池的库仑效率也有显著且持续的提高,这归因于电池负极的析氢量有所减少。此外,铋在负极的原位沉积也有助于提高铁铬液流电池的电压效率,表明Cr^(2+)/Cr^(3+)的反应活性增强。在正极电解液内初始铋离子浓度为10 mmol/L的条件下,电池的库仑效率最高提升到97%,电压效率可达90%,相应的循环能量效率达到87%。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 铋催化剂 电化学沉积 缓释沉积
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液流电池商业化进展及其在电力系统的应用前景 被引量:8
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作者 宋子琛 张宝锋 +2 位作者 童博 钟祎勍 亢猛 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期9-20,共12页
液流电池作为一种极具潜力和价值的储能技术,在电力系统中拥有广阔的应用前景和市场。液流电池的商业化进展反映了其技术成熟度和市场对该技术的接受程度,对其后续的发展和研究具有参考意义。介绍了目前国内外液流电池的商业化进展情况... 液流电池作为一种极具潜力和价值的储能技术,在电力系统中拥有广阔的应用前景和市场。液流电池的商业化进展反映了其技术成熟度和市场对该技术的接受程度,对其后续的发展和研究具有参考意义。介绍了目前国内外液流电池的商业化进展情况,重点分析了铁铬、全钒、锌溴、锌镍、锌铁、全铁、锌空气液流电池的商业化进展;讨论了液流电池在电力系统中的应用前景;最后,给出了相应的应用和发展建议,如优先发展资源丰富、综合成本较低的液流电池技术,现阶段的液流电池应用应兼顾电池寿命及经济性,应重视相关资源链的整合和发展等。 展开更多
关键词 液流电池 储能 商业化进展 全钒液流电池 铁铬液流电池
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铁铬液流电池技术的研究进展 被引量:9
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作者 房茂霖 张英 +4 位作者 乔琳 刘淑敏 曹中琦 张华民 马相坤 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1358-1367,共10页
铁铬液流电池是最早被提出来的一种液流电池,由于成本较低、运行温度范围较大等优势,被认为是具有商业化应用前景的大规模储能技术之一,能有效解决风能、太阳能等可再生能源并网等难题,助力碳达峰、碳中和的实现。本文通过对近期相关文... 铁铬液流电池是最早被提出来的一种液流电池,由于成本较低、运行温度范围较大等优势,被认为是具有商业化应用前景的大规模储能技术之一,能有效解决风能、太阳能等可再生能源并网等难题,助力碳达峰、碳中和的实现。本文通过对近期相关文献的调研,首先论述了铁铬液流电池在大规模储能应用中的主要优势,回顾了铁铬液流电池的发展历程,介绍了铁铬液流电池在国内外储能示范项目中的应用情况;其次,归纳并分析了铁铬液流电池在储能应用中面临的技术瓶颈,包括电解液中铬离子的电化学活性较差造成能量效率和功率密度较低,以及充电末期负极容易发生析氢副反应造成电池稳定性差等问题。然后,从铁铬液流电池的电解液、电极、离子传导膜和电池结构四个方面详细阐述了铁铬液流电池技术的研究进展。最后,针对铁铬液流电池存在的局限性,从关键材料改进、结构设计优化和电池成本降低三个方面,对铁铬液流电池未来的技术创新与突破进行展望,为铁铬液流电池技术的发展提供参考和依据。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 电解液 离子传导膜 电极
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磺化聚醚醚酮基两性离子交换膜制备及在铁-铬液流电池中的应用 被引量:1
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作者 张蓉 王曙光 +4 位作者 孙璇 江小松 胡磊 焉晓明 贺高红 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1305-1310,共6页
针对铁-铬液流电池用的离子交换膜需求,通过在磺化聚醚醚酮(SPEEK)中引入了高亲水性聚乙烯亚胺(PEI)构建离子交联形成高效氢键网络,制备了两性离子交换膜(SPEEK/PEI)。通过引入胺基来构建离子交联结构,有效降低了SPEEK膜的溶胀度,抑制了... 针对铁-铬液流电池用的离子交换膜需求,通过在磺化聚醚醚酮(SPEEK)中引入了高亲水性聚乙烯亚胺(PEI)构建离子交联形成高效氢键网络,制备了两性离子交换膜(SPEEK/PEI)。通过引入胺基来构建离子交联结构,有效降低了SPEEK膜的溶胀度,抑制了铁-铬离子渗透;同时膜中亲水的PEI促进了亲水通道的形成,保持了高质子传导率。基于膜中高效氢键网络,SPEEK/PEI膜实现了铁-铬液流电池库仑效率与能量效率的有效提升。在70 mA/cm^(2)电流密度下铁-铬液流电池性能测试中,SPEEK/PEI 3%膜的库仑效率为96.5%,能量效率达到79.4%。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 离子选择性 磺化聚醚醚酮 聚乙烯亚胺
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全钒液流电池电堆局部供液不足导致副反应加剧的现象 被引量:3
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作者 王瑄 叶强 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1455-1467,共13页
在全钒液流电池电堆的实际运行中,并联供液的不同电极间可能会出现流量不均的问题,长期运行可能会造成电堆内部局部供液不足,不仅对电堆整体性能直接造成影响,还会加剧有害副反应(析氧反应、析氢反应、碳腐蚀反应等),进而导致阻塞加重... 在全钒液流电池电堆的实际运行中,并联供液的不同电极间可能会出现流量不均的问题,长期运行可能会造成电堆内部局部供液不足,不仅对电堆整体性能直接造成影响,还会加剧有害副反应(析氧反应、析氢反应、碳腐蚀反应等),进而导致阻塞加重、内阻增大。为了定量研究局部供液不足条件下液流电池电堆的表现,本工作建立全钒液流电池电堆模型,针对恒流充放电的运行工况进行了二维稳态仿真,着重研究了局部供液不足对电位以及副反应的影响。结果表明电堆中一片或几片电极的流量降低虽然对电堆整体电压影响较小,但会引发电极内部出现电流和离子浓度的局部急剧变化以及超高的电位梯度,使电位严重偏离正常值,不但降低主反应分布的均匀性而且加剧电极表面副反应的进行,对电池的安全、高效运行造成威胁。由于副反应的速率同时受电极材料性质的影响,本文旨在以一种具有代表性的工况得出定性的结论,为电堆设计和检测提供指导。 展开更多
关键词 全钒液流电池电堆 局部供液不足 副反应 电位
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铁-铬液流电池250 kW/1.5 MW·h示范电站建设案例分析 被引量:16
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作者 杨林 王含 +4 位作者 李晓蒙 赵钊 左元杰 刘雨佳 刘赟 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第3期751-756,共6页
本文简述了储能发展的行业背景,随着中国能源结构的转型和调整,储能在能源发展中占据着越来越重要的地位。重点介绍了国家电投集团科学技术研究院有限公司正在发展的铁-铬液流电池技术。指出,由于铁-铬液流电池具有效率高、循环寿命长... 本文简述了储能发展的行业背景,随着中国能源结构的转型和调整,储能在能源发展中占据着越来越重要的地位。重点介绍了国家电投集团科学技术研究院有限公司正在发展的铁-铬液流电池技术。指出,由于铁-铬液流电池具有效率高、循环寿命长、使用温度范围大、功率模块化、容量可定制化、安全性高、环境友好、成本低等优点,是目前极具发展前景的大规模储能技术。作为工程案例,介绍了国家电投集团科学技术研究院有限公司正在建设的250 kW/1.5 MW·h铁-铬液流电池储能示范电站的技术参数以及进展情况。最后总结指出,铁-铬液流电池技术的大规模商业应用和推广,将为储能领域带来一种新的技术创新和突破,有力促进储能技术的应用和发展。 展开更多
关键词 储能 液流电池 铁-铬液流电池 储能系统 示范电站
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碳化工艺对铁铬电池电极材料性能的影响 被引量:2
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作者 陈娜 罗旭东 张欢 《电源技术》 CAS 北大核心 2019年第7期1175-1178,1200,共5页
聚丙烯腈基碳毡是液流电池的首选电极材料,而碳毡的碳化效果直接影响其电化学性能。因此,将不同碳化工艺处理后的碳毡用作铁铬电池电极材料,利用X射线衍射、孔径一体化及扫描电镜对碳化后的碳毡进行结构和表面形貌分析,并通过对比充放... 聚丙烯腈基碳毡是液流电池的首选电极材料,而碳毡的碳化效果直接影响其电化学性能。因此,将不同碳化工艺处理后的碳毡用作铁铬电池电极材料,利用X射线衍射、孔径一体化及扫描电镜对碳化后的碳毡进行结构和表面形貌分析,并通过对比充放电测试结果研究碳化后的碳毡对铁铬电池电化学性能的影响。对两种碳化工艺得到的材料结构和电化学性能对比结果表明,二步碳化得到的碳毡的电化学性能明显优于一步碳化,用于铁铬电池中能量效率提高了7.23%。 展开更多
关键词 铁铬电池 碳毡 碳化工艺 电化学性能
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Bi/石墨毡电极对铁铬液流电池性能的影响 被引量:3
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作者 倪思青 陈杰 +2 位作者 张欢 白林 曲博文 《辽宁科技大学学报》 CAS 2021年第3期183-189,共7页
石墨毡是液流电池的首选电极材料,而Bi增强石墨毡电极材料在铁铬液流电池中的应用参数并不完善。本文将不同浓度的BiCl_(3)加入到电解液中,并将石墨毡电极切割形成交叉型流道,组装铁铬液流电池。通过充放电测试分析BiCl_(3)含量以及流... 石墨毡是液流电池的首选电极材料,而Bi增强石墨毡电极材料在铁铬液流电池中的应用参数并不完善。本文将不同浓度的BiCl_(3)加入到电解液中,并将石墨毡电极切割形成交叉型流道,组装铁铬液流电池。通过充放电测试分析BiCl_(3)含量以及流道对铁铬液流电池循环充放电性能的影响,并采用场发射扫描电镜对充放电后的石墨毡进行成分分析,利用循环伏安曲线和交流阻抗谱图分析Bi对正负极反应活性的影响。结果表明,电解液中BiCl_(3)的浓度为5 mmol/L时,铁铬液流电池容量和效率的综合效果最优。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 BI 石墨毡 活化
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存储温度与时间对铁铬电解液活性的影响
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作者 王杰 张欢 +3 位作者 王金龙 袁晓英 于明君 费美琪 《辽宁科技大学学报》 CAS 2022年第4期271-280,共10页
为了掌握电解液在存储过程中的性质变化,对0℃与25℃保存1~96 h的铁铬电解液进行研究。采用循环伏安曲线、交流阻抗图谱对电解液进行电化学分析,采用紫外分光光度计分析电解液中活性组分浓度的变化。结果表明,电解液在25℃保存6 h或在0... 为了掌握电解液在存储过程中的性质变化,对0℃与25℃保存1~96 h的铁铬电解液进行研究。采用循环伏安曲线、交流阻抗图谱对电解液进行电化学分析,采用紫外分光光度计分析电解液中活性组分浓度的变化。结果表明,电解液在25℃保存6 h或在0℃保存72 h时的电化学性质较好,电解液存储期间正负极反应活性、电容量及欧姆电阻受离子浓度及种类的影响起伏波动。 展开更多
关键词 铁铬液流电池 电解液 温度 时间
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“容和一号”带给油气田“双碳”发展的思考 被引量:3
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作者 付亚荣 宋贾利 +7 位作者 钱洪霞 赵玉政 唐敬 赵海英 刘若兮 彭菁菁 赵立忠 王嫱 《石油石化节能》 2022年第4期52-54,I0008,共4页
具有自主知识产权的铁-铬液流电池堆“容和一号”为2022年第24届北京冬奥会地区,提供了稳定存储的清洁电能超过5×104 kWh,为油气田“双碳”发展提供了新的思路和方法。根据铁-铬液流储能电池的技术特点和工作原理,结合油气田现场... 具有自主知识产权的铁-铬液流电池堆“容和一号”为2022年第24届北京冬奥会地区,提供了稳定存储的清洁电能超过5×104 kWh,为油气田“双碳”发展提供了新的思路和方法。根据铁-铬液流储能电池的技术特点和工作原理,结合油气田现场按“双碳”要求组织生产的实际,阐述了铁-铬液流储能电池将在油气田天然气发电、地热利用、太阳能利用、边零井站、新区试采、老油田二次开发等方面采取各种形式电能互联互通和智能控制及就地消纳,实现能源集成优化供需调节及替代作用。 展开更多
关键词 容和一号 铁-铬液流电池堆 双碳 油气田 新能源
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浅析锌铁液流电池锌枝晶研究现状及展望 被引量:2
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作者 鲍文杰 《当代化工研究》 2021年第23期14-16,共3页
锌铁液流电池作为液流电池的一种,由于其具有安全、稳定、环保、电解液材料成本低廉等优势而成为最有发展前景的电化学储能技术之一。本文主要介绍了液流电池储能技术的工作原理。重点介绍了锌铁液流电池的研究现状及其进展、成果,着重... 锌铁液流电池作为液流电池的一种,由于其具有安全、稳定、环保、电解液材料成本低廉等优势而成为最有发展前景的电化学储能技术之一。本文主要介绍了液流电池储能技术的工作原理。重点介绍了锌铁液流电池的研究现状及其进展、成果,着重分析了锌铁液流电池的锌枝晶形成原因及影响因素,并通过对锌枝晶的研究现状进行梳理分析了抑制锌枝晶形成的主要有电解液添加剂、电解液的流速、电池隔膜、电极材料等几种方式。最后对锌铁液流电池锌枝晶抑制问题提出了未来的几种主要研究方向,为探索如何提升液流电池性能提供了参考价值。 展开更多
关键词 储能 液流电池 锌铁液流电池 锌枝晶 抑制
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