门捷列夫大学 全钒液流电池电池测试装置
膜电极组件安装在蠕动泵上方的三脚架上
槽中充满了钒电解液(在充电过程开始之前)
学分:研究作者
2020年，中国计划推出世界上最大的电池综合体，容量为800兆瓦时(每年大约有200套公寓的家庭消耗这一数量的能源)
这种复合物不是基于普通的锂离子电池或铅酸电池，而是基于氧化还原液流电池，在这种电池中，电能以溶液(电解质)化学能的形式储存
电池由两个储存电解质的槽和膜电极组件组成——溶液由泵提供给膜电极组件，在这里溶液发生电化学反应，为电池提供充电和放电
由于这种设置，氧化还原液流电池与许多其他储能装置不同，能够独立调节电池的功率和容量，这分别由膜电极组件的尺寸和电解质的体积决定
此外，氧化还原液流电池在长时间内自放电极小，即使在数万次运行循环后，其电解质也不会降解，这使其成为智能电网中储存大量能量的理想选择
例如，它们可以在白天储存光伏太阳能电池产生的多余电能，并在夜间或多云天气时产生备用电能
“一方面，液流电池正被积极地集成到中国、德国和其他国家的电网中，另一方面，在实验室中，液流电池还在不断地被开发和改进，”该论文的作者之一、IPCP皇家科学院NTI能力中心的研究员德米特里·科涅夫评论道
“我们提出了一个全新的多边环境协定设计，这将有助于研究进程，并大大降低新研究小组进入该领域的门槛
在未来，这将有助于取得重大进展，并将分布式能源从利基定位提升到非常高的商业化水平，包括在俄罗斯
" 石墨箔流动板的激光切割
学分:研究作者 激光填充三明治 膜电极组件是液流电池的核心
它看起来像一个由不同薄片材料组成的三明治，被分成两个对称的部分，并配有自己的电解液
当电池连接到电源时，一种电解质被氧化，而另一种被还原，因此电池被充电
之后，可以断开电源，用耗能器来代替——电解质将经历相反的过程，电池将开始放电
膜电极组件的一个重要部分是流场板，即夹层，电解质通过它被泵送到电极，在那里电解质被氧化或还原
电池的性能，我
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功率和效率在很大程度上取决于流场组织的好坏
因此，研究人员通常选择不同类型的场来优化电池性能，但这是一项非常劳动密集型的任务:流场在致密的石墨板中研磨，这是一个耗时的过程
俄罗斯研究人员提出了一种不同的方法
“我们通过使用几层薄的柔性石墨材料来形成流场:其中必要的图案被激光切割，然后这些层相互叠加以获得所需的场，”这项工作的第一作者，门捷列夫大学的研究员罗曼·皮休戈夫说
“建立流场的过程只需要几分钟，比传统的石墨研磨要少得多
此外，使用了更便宜的材料，因此，流场的变化和选择余地更大
" 氧化还原液流电池开发膜电极组件示意图
学分:研究作者 从单元格到堆栈 液流电池可以使用不同类型的电解质
最常见的(包括那些安装在中国和其他国家正在引进的)使用钒电解质，即钒盐溶液
这是俄罗斯科学家用来测试他们电池设计的电解液
他们整理了各种类型的流场，改变了电解液的流速，得到的结果在质量上与世界上最好的研究一致，在数量上甚至比它们略高:测试的膜电极组件的功率比石墨上类似电池的功率略高
因此，膜电极组件的新设计极大地简化了实验室测试，并在未来可用于分布式电网的实际储能系统
俄罗斯科学家与InEnergy LLC合作，正在开发和测试一种钒液流电池，由10个这样的电池组成，总功率为20瓦
电池本身的结构和10个电池的堆叠受到专利保护，最后一个专利属于由三菱重工的员工创建的ADARM公司
此外，科学家们正在基于所提出的膜电极组件设计开发利用不同电解质的其他类型的液流电池
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