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锌液流电池储能技术具有成本低、安全性高、能量密度高等优点。它是混合液流电池的典型代表，适合用作用户侧的固定储能系统，有助于促进能源结构的转变。

 

锌液流电池的原理

通常，锌液流电池阳极电解质的活性材料是Zn2+（中性或微酸性环境）或Zn（OH）42-（碱性环境）。在充电过程中，阳极侧的Zn2+或Zn（OH）42-获得电子以形成金属锌，而阴极侧的活性材料被氧化。放电过程相反，阳极侧的锌溶解形成Zn2+或Zn（OH）42-，而阴极侧的活性材料被还原。

 

锌液流电池的优点

使用金属锌的沉积和溶解作为阳极对的锌液流电池的大多数电解质具有较低的成本和较高的能量密度。同时，在锌液流电池系统中，锌阳极对环境友好，在空气和水溶液中相对稳定，并且电池系统中的电解质是水性电解质，这确保了电池的安全。

 

 

因此，低成本、高安全性、高能量密度的锌液流电池在分布式储能领域具有良好的应用前景。

 

锌液流电池的类型

 

锌溴液流电池

溴具有储量丰富、成本低、电极电位高、溶解度高、理论能量密度高等优点。使用锌阳极与其匹配的锌溴液流电池已经发展成为一种相对成熟的电池，并逐渐得到市场的认可。其他锌基电池存在各种问题，并且不太成熟。

溴离子在充电过程中被氧化为多溴离子，主要是三溴离子和五溴离子。放电过程正好相反，整个充电和放电过程具有良好的可逆性。

 

锌锰液流电池

市场上常见的锌锰电池使用二氧化锰到氢氧化锰的固相转化反应。由于它们的可逆性差，只能用作原电池。作为二次电池，锌锰液流电池利用可溶性二价锰离子与二氧化锰之间的沉积-溶解反应，其可逆性相对较好。

锰既便宜又环保。二价锰离子和二氧化锰具有高电极电势，并且用锌阳极组装的液流电池具有高开路电压和理论能量密度。

 

锌碘液流电池

锌碘液流电池系统于2014年首次提出。对于碘正极，在充电过程中，I-将被氧化为I2。由于I-的配位作用，I2将以I3-的形式溶解。从而避免了其沉淀，放电反应以相反的方式发生，并且I3-再次还原为I-。

 

 

锌-碘体系的阴极和阳极活性材料都具有高溶解度，因此它们具有高理论能量密度。阴极的良好对动力学有望实现高功率密度。与锌溴体系相比，其挥发性、氧化性和腐蚀性都有所降低，对电池系统材料的要求更低，对环境更友好。

 

锌铁液流电池

作为铁液流电池，铁基阴极具有良好的电化学活性和可逆性，铁盐价格低廉，因此研究人员将其与锌阳极结合，形成了锌铁液流蓄电池系统。根据电解液的pH差异，锌铁液流电池可以进一步划分，参与电化学反应的活性对在不同的环境中是不同的。

 

锌镍液流电池

镍电极具有电池电势高、成本低的优点，其充电和放电都是固相反应。因此，锌镍液流电池系统只能使用一套泵和管道，并且不需要昂贵的离子交换膜，这大大降低了电池系统的成本。

 

锌液流电池的发展前景

锌液流电池具有电解液成本低、安全性高、潜力大的优点，在分布式储能领域具有良好的应用前景。其中，锌溴液流电池已经相对成熟。锌液流电池中的锌阳极主要面临锌枝晶、锌剥落和表面容量有限的问题。

锌枝晶：当电池充电时，电极表面的浓度极化增加，电极表面附近的离子浓度降低，反应离子更容易扩散到电极表面的突起，从而诱导锌枝晶的进一步生长。随着枝晶的不断生长，它们最终会刺穿隔膜，导致电池短路失效。

锌脱落：在放电过程中，与电极紧密接触的金属锌优先溶解。在枝晶的情况下，随着反应的进行，枝晶的尖端将失去与电极的连接。此外，由于与电极的连接松动，沉积在电极表面的锌金属也会从电极上脱落。这些脱落的锌将无法继续使用，导致电池性能下降。

 

 

表面容量有限：锌液流电池大多使用多孔碳毡或扁平电极作为电极。随着充电的进行，锌酸盐或锌离子将在电极上连续还原为金属锌，并最终沉积在电极上。一旦电极表面完全被锌金属覆盖，就不能再进行电沉积，导致电池的面积容量有限。

同时，进一步充电会导致电池的充电电压急剧升高，导致负极半电池发生不可逆的析氢反应。

这些问题是制约世界上液流电池公司提高锌液流电池性能的障碍，也是实现锌液流蓄电池实际应用过程中必须解决的关键技术问题。对于锌枝晶、锌脱落和锌阳极表面容量有限的主要问题：

● 从电解质溶液化学的角度来看，锌沉积的过程是可以调节的；

● 从电极结构设计的角度来看，可以调节锌沉积的过电位；

● 从膜材料结构的角度设计，可以抑制金属锌造成的损伤；

● 从电池结构的角度进行优化可以调节膜和电极之间的界面空间，提高锌液流电池的表面容量。

最后，它将突破锌液流电池的瓶颈，帮助用户侧储能技术的发展。