双极板是铁铬液流电池的关键部件,用来分隔电池正负反应介质,将单电池串联起来组成电堆。同时作为电流集流体来收集和传导电流,使存在溶液中的化学能转换成电能。这个反应过程是可逆的,使液流电池顺利完成充电和放电。作为最安全的电化学储能技术之一,铁铬液流电池具有很长的使用寿命,回收方便,运行稳定可靠,并且可以根据需求定制功率和容量。
双极板在铁铬液流电池中的应用
铁铬液流电池双极板除了具有较好的化学稳定性,还有低渗透性和高导电性以及一定的机械强度。电解质溶液一般是含铁盐和铬盐的稀盐酸溶液,所以要求材料具有一定的耐腐蚀性,常见的双极板按材料划分主要有金属双极板,石墨双极板以及导电塑料双极板。
由于耐腐蚀的金属双极板材料极其昂贵,不适合大规模商业化应用。而较为低廉的铅材料有较大毒性,容易被氧化,不锈钢材料又很难承受强酸性的腐蚀,总体来说金属双极板不适合铁铬液流电池的长期稳定运行。石墨材料可以耐酸,并且导电性能优秀,但硬质石墨板强度较差,成本较高,实际应用中一般加入聚合物制备成复合石墨双极板以优化其机械性能。导电塑料双极板一般以导电原料和高分子树脂为原料,成本低廉可塑性强,采用注塑和模压的方式来制备,适合大批量规模化的生产。导电塑料双极板比金属双极板耐腐蚀,制备工艺比石墨双极板简单,通过工艺配方优化可以获得低电阻率以及良好机械性能的铁铬液流电池双极板。
铁铬液流电池的优缺点
相比于锂电池,铅酸电池,钠硫电池,全钒液流电池等其他主流储能电池,铁铬液流电池有如下先天优势:
1)成本低廉。铁铬电池的电解质溶液采用采用原料丰富且容易获取的铁和铬作为活性物质,是一种可持续发展的低成本储能电池技术。
2)毒性很低。由于钒具有一定的毒性,相比应用更为广泛的全钒液流电池,铁铬液流电池毒性和腐蚀性都很低,容易进行环保处理。
3)安全性高。相比可燃的锂离子电池,铁铬液流电池的电解质溶液储存在两个分离的储液罐中,电堆与储液罐分离,在常温常压下运行更加安全。
4)寿命更长。铁-铬液流电池的循环可达到两万次,寿命和全钒液流电池相当,远高于锂离子电池,铅酸电池和钠硫电池。
5)适应性广。铁铬液流电池的运行温度相比其他液流电池更加广泛,电解质溶液可在零下20摄氏度到70摄氏度之间运行。
6)定制化模块化设计。铁铬电池的功率大小取决于电池堆数量,容量大小取决于电解质溶液多少,可以自由根据需要调整电堆数量和电解液容量。
当然,作为新兴的液流电池,铁铬电池的产业链不如锂离子和全钒液流电池成熟,负极材料铬离子的活性还比较弱,能量密度和系统效率也存在差距。相信未来通过规模化商业化的带动,铁铬液流电池双极板技术的发展进步,一定会在大中型储能领域占据一席之地。