燃料电池进入储能领域的技术难点:一是上述的高成本,二是由于氧电极的不可逆性,虽然燃料电池发电效率高达60%~70%,但总的储能效率在40%~60%,降低了燃料电池用于储能的竞争力。目前在这方面的研究热点是利用SOFC(固体氧化物燃料电池)技术的高温水电解和利用PEMFC(质子交换膜燃料电池)的高压水电解,目的均是提高系统的总效率。探索可逆氧电极和电催化剂是低温燃料电池永恒的课题。
记者:衣院士,您除了研究燃料电池外还涉足了全钒液流电池领域,而全钒液流电池在储能领域的示范项目已开展,请您谈谈它的应用前景如何?与其它储能技术相比有何优劣?我国目前的研究如何?
衣院士:中国科学院大连化学物理研究所(简称大连化物所)对储能一直十分关注。在燃料电池技术基础上,我“七五”期间开展了Fe-Cr液流电池研究,组装了1 kW的电池系统,发现的主要问题有:随循环次数增多,铬电极极化增大,并出现铁铬互混现象。20世纪90年代中后期,我又安排博士后进行多硫化钠-溴液流电池研究,尽管该电池国外已建设示范储能电站,但物质互混是影响电池发展的最大技术问题。同时,从日本引进的张华民研究员安排研究生开展全钒液流电池的研究,全钒液流电池的最大优势是不存在物质互混,而电解液中钒价态的调控通过加入辅助电极很易实施。全钒液流电池电堆决定功率输出,储罐大小决定储能量,二者可分开设计,有利于用户选择。又因为电堆的电解液腔室很小,储存的氧化剂和还原剂有限,即使分离膜破碎,只要关闭电解液循环泵,就不会发生爆炸、着火等事故,即这种电池很安全。我认为液流电池在储能领域大有用武之地,前景很好!在张华民研究员的带领下,经过十多年的拼搏,我国的液流电池技术已处于国际领先地位。
从储能应用来说,全钒液流电池与锂离子二次电池相比,其最大优点是安全,最大不足是效率比锂离子二次电池低,系统复杂。因此,对液流电池,应开发水平衡、价态调控等控制策略;采用模块化、机电一体化,开发全塑料电解液循环泵等;提高电池系统的可靠性和耐久性;降低系统的漏电电流和电池极化,特别是采用电极-极板一体化来降低电池欧姆极化,提高电池和电池系统的效率,达到可与锂离子二次电池比高下的状态。
记者:衣院士,在资源与环境压力日益增大的今天,储能技术有何现实意义和重要性?国家、科研人员、产业界应如何推动这一领域的技术进步与产业繁荣?
衣院士:储能在发展风能、太阳能与提高电网的安全性方面均有重要作用。在应对环境污染、提高可再生能源利用比例、减少中心城市的用煤量、治理雾霾等领域均能发挥重要作用。国家应大力支持储能电池的发展,特别要提高储能用锂离子电池的安全性,提高全钒液流电池的可靠性、耐久性和总效率的基础与应用研究。研究建议按官、产、学、研相结合的促进方式进行,利于企业界进入这一有前途、利国利民的行业。