电池应用领域拓展至电网上的挑战与应对

电池的应用领域不久将会从汽车行业扩展到电网上。由于这些是固定的系统，因此对重力能量密度和体积能量密度的约束会小些，但是可靠性、可伸缩性和可循环性则会变得更加重要。铅酸电池具有良好的可循环性，可以作为负载均衡的存储设备，为太阳能系统或者风能系统提供足够的能量密度，即使表面上是封闭系统，铅的使用还是会引起环境问题（欧洲已经不允许在电路板中使用铅）。事实上，对于固定装置可以用钒氧化还原电池替代铅酸电池^[23]。利用钒多种状态充电的优势，这种电池事实上由阴阳极液组成，可以完全避免固体电极电池组的疲劳和树晶现象：

正极：VO₂⁺+2H⁺+e^-=VO²⁺+H₂O（E₀=1.00V）

负极：V³⁺+e^-=V²⁺（E₀=-0.26V）

平衡时电池的总电压是1.26V。但是，由于电池工作时电解质的浓度是不断变化的，如果考虑实际情况，电池的工作电压将介于1.2～1.6V之间，其中1.2V对应0%的充电状态，1.6V对应100%的充电状态。

对液流电池而言，它的结构非常有趣，因为反应物并不是存储在反应罐内。液流电池的详情信息如图15.7所示^[23]。

在美国的西海岸，这些电池已经被用在千瓦级的电力输出和负载均衡的装置上。在澳洲和欧洲，目前还处于测试阶段。

颗粒状的锌已经在液流电池和锌空电池的结构上得到了成功的应用（见图15.8）。其电极反应为：

阳极：Zn+4OH^-→Zn（OH）₄^2-+2e^-（E₀=-1.25V）

锌酸盐的氢氧化：Zn（OH）₄^2-→ZnO+H₂O+2OH^-(www.xing528.com)

阴极：O₂+2H₂O+4e^-→4OH-（E₀=0.4V）

总体：2Zn+O₂→2ZnO（E₀=1.65V）

锌像泥浆般流入反应堆，最终以锌酸盐的形式流出。美国和以色列使用的是这些电池的原型^[24]。

图15.7 钒氧化还原电池的框图

图15.8 锌液流电池