程杰：鋅鎳單液流電池的研發(fā)和應(yīng)用
2014年6月23日，由國家能源局指導(dǎo)，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟（CNESA）與杜塞爾多夫展覽（上海）有限公司共同主辦的儲能行業(yè)第三屆年度高峰論壇——“儲能國際峰會2014”在北京國家會議中心隆重開幕。防化研究院副研究員程杰博士在會上發(fā)表主題演講。
防化研究院副研究員 程杰博士：
我們機(jī)構(gòu)主要是做電池的研發(fā)和應(yīng)用方面的研究。從應(yīng)用層面來看，現(xiàn)在鋰電、電解液等電池的壽命比較長，鎳電池還有很多需要提高的地方。在此情況下，我們提出了鋅鎳電池，它的正極是氫離子，不會導(dǎo)致活性物質(zhì)或者結(jié)構(gòu)材料坍塌，而且無毒，穩(wěn)定性和壽命都很好。根據(jù)我們前期做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這種電池在實(shí)驗(yàn)室的循環(huán)壽命可以做到萬次以上，而且容量大概可以保持在90%左右，說明電池壽命還很長。
我們在實(shí)驗(yàn)中用的溶液是氧化鋅，從電池性能角度看，鋅的存在會讓電流效應(yīng)有所下降，電解液的流速也會受到影響，進(jìn)而影響整個(gè)電池的效率，主要原因是鋅導(dǎo)致了電池正負(fù)極降低。通過比較電流密度實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)在沒有含鋅、百分之百充電后的電池中，循環(huán)性能會很快下降，大概在500次循環(huán)后，衰減會變得特別明顯。在使用氧化鋅之后，電池500次循環(huán)后還會保持的很好，而且在恒流充電的情況下，放電效率可以達(dá)到100%。也就是說，溶液中鋅的存在提高了電池壽命。
我們也對溶液的流動結(jié)構(gòu)做了研究。在金屬溶液中，溶液的均勻性非常關(guān)鍵，所以要盡量做到流速的平均，這一點(diǎn)在單層結(jié)構(gòu)和多層流動中都是一樣的。
為了提高電流密度，我們也做了一些電池結(jié)構(gòu)方面的研究。通過降低鎳的激化，電池效率可以達(dá)到75%，這個(gè)數(shù)據(jù)對于鋅電來說已經(jīng)很高了，大概每平方厘米80的電流密度，可以達(dá)到4C或者5C的放電，能達(dá)到較高的倍率。
鋅鎳單液流電池的溫度非常特別，電池在-40℃到-20℃的情況下下降非常小，大概下降80%左右。在提高截止電壓的情況下，大概也能達(dá)到60%到70%左右。這說明在低溫情況下，這種電池的效率比較高，低溫性能比較好，比鋰電池有很大改善。
在張北示范基地，我們做了一個(gè)50千瓦時(shí)的儲能系統(tǒng)，電池在額定功率工作的情況下，差不多可以達(dá)到80%的能量效率。電池在200安下充電，最高能量效率可以達(dá)到75%。所以說，由于條件的不同，能量效率也會發(fā)生變化。
國外的一個(gè)課題組也做了與我們類似的電池結(jié)構(gòu)，只是在溶液流動方面稍有差別。他們電池的一致性，與我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果差不多。這說明電池本身比較容易做到一致性，整體溶液容易實(shí)現(xiàn)均勻性控制。
我們在前期研究的基礎(chǔ)上也進(jìn)行了優(yōu)化，將整體的泵放到電池內(nèi)部，結(jié)構(gòu)類似鉛酸電池，這樣的設(shè)計(jì)可以得到比較高的能量效率。
總體來說，鎳流電池使用堿性溶液，整體上沒有爆炸和燃燒的風(fēng)險(xiǎn)，安全可控。另外，鎳流電池的循環(huán)使用率很高，而且抗低溫性能很好。第三，這種電池環(huán)保無污染，整體上材料是可以回收的，鎳和鋅的回收都比較方便。現(xiàn)在主要的問題是成本問題，原材料的目標(biāo)成本可以做到2元錢甚至到1.5元以下，但是研發(fā)成本比較高。
感謝我的課題組，謝謝大家對我們的關(guān)注。
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