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4种液流电池用双极板各有所长,谁是大势所趋?

4种液流电池用双极板各有所长,谁是大势所趋? 亚化储能
2024-01-24
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导读:双极板是液流电池中的重要部件,用于实现多个电池的串联与分隔、电池中产生电流的传导,并且为液流电池中的反应电极提供支撑。因此,理想的双极板材料通常需要具备良好的导电性、电化学稳定性、耐腐蚀性和一定的机械
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关注储能材料前沿

双极板是液流电池中的重要部件,用于实现多个电池的串联与分隔、电池中产生电流的传导,并且为液流电池中的反应电极提供支撑。因此,理想的双极板材料通常需要具备良好的导电性、电化学稳定性、耐腐蚀性和一定的机械强度等。

按组成材料分类,双极板可以分为金属、石墨、复合材料双极板以及一体化电极-双极板四种,各类型都有一定的优缺点,且技术成熟程度各不相同。

石墨双极板在电导率和化学稳定性方面有明显的优势,但存在机械强度低易断裂、可加工性差、制造成本高、难以大规模制备等问题。复合双极板则既具有金属机械强度高和易切削的优点,也具有石墨耐腐蚀的优点,目前开始逐渐成为主流。一体化电极-双极板则是将电极和双极板进行一体化,即将电极压入石墨板中。在电池性能和装配方面都具备突出的优点,但制备工艺相对复杂,成本相对较高。

图片来源:《全钒液流电池技术研究进展》

  • 金属双极板

在液流电池运行环境中,金属双极板在强酸性或强碱性体系中会发生电化学腐蚀,导致其开发和应用难度较大,需要突破性的技术对其改造,否则难以实现大规模应用。研究表明,在双极板上镀膜和涂层,可以有效防止金属双极板表面被电解液腐蚀,但是镀膜涂层的稳定性还需要进一步的研究,可以寻求一些更加稳定的附层材料与镀膜技术。

  • 石墨双极板

石墨双极板具备巨大的潜力,在电导率和化学稳定性方面有明显的优势。截止2023年6月,大多数已开发的千瓦级全钒液流电池电堆都使用的是石墨双极板。然而,石墨双极板仍存在机械强度低易断裂、可加工性差、制造成本高、难以大规模制备等问题需攻破。

图片来源:根据公开资料整理

  • 复合双极板

为解决金属和石墨双极板存在的问题,需要使用一些替代材料,如碳-聚合物复合材料,复合双极板也就应运而生。碳-聚合物复合材料通常由具有热塑性和热固性的聚合物树脂基体与碳质混合而成,通过压缩成型、注射成型和铸造工艺进行填料。具有流道的碳-聚合物复合材料双极板可以在短时间内、低成本地一步成型。

这类碳素复合双极板既具有金属机械强度高和易切削的优点,也具有石墨耐腐蚀的优点,因此,商业化液流电池电堆中常用的复合双极板就是这类双极板,目前已实现大规模应用,但电导率和机械性能方面仍有很大的提升空间。

  • 一体化双极板

由于电池正、负电极置于双极板的两侧,并与双极板进行直接接触,两者间会存在一定的接触电阻,为了减小该电阻,提高能量转化效率,研究人员尝试将电极和双极板进行一体化,即将电极压入石墨板中。一体化极板在电池性能和装配方面都具备突出的优点,是液流电池双极板领域的制高点,也代表双极板的发展趋势,具备重要的研究和开发价值,但制备工艺相对复杂,成本相对较高,亟需探索简单、低成本的制备方法。

01.

液流电池技术双极板企业布局

1.浙江华熔科技有限公司

浙江华熔科技有限公司由上海栏能新材料有限公司和浙江铁狮高温材料有限公司合资组建而成。公司总投资1.12亿元,位于国家级绿色制造产业园浙江省长兴县南太湖青年科技创业园,拥有标准厂房11000平方米。
公司设有碳材料研发中心、燃料电池石墨双极板事业部、石墨改性(涂层)及抗氧化事业部、半导体及光伏石墨事业部、石墨导热膜模切事业部等多条先进生产线。燃料电池石墨双极板,每月产能15-20万组。
主要产品有PECVD石墨舟、燃料电池石墨双极板、液流电池石墨双极板、石墨电极、石墨毡等以及销售进口石墨原材料。该公司表示,其液流电池用双极板产品已正常出货中。
华熔开发的超大超薄石墨双极板,在助力电堆提高功率的同时,大幅降低电堆占用的体积

2.上海弘枫实业有限公司

2003年,弘枫开始涉足燃料电池领域,研发成功超薄石墨双极板,大大减少了燃料电池堆的体积和重量,性能优异,运行稳定,成本优势明显。几年来弘枫已生产数十万片石墨极板,并成功应用于我国自行研发的新一代燃料电池汽车。
弘枫实业研制的燃料电池石墨双极板、液流电池石墨极板、打印机石墨喷头等产品,获国家科技部创新基金、重大技改及上海市高新技术成果转化项目。太阳能管式PECVD石墨舟被批准为国家重点新产品,公司于2012年获批上海市高新技术企业。
为积极响应国家积极推动零部件国产化率要求,满足石墨双极板行业未来趋势。上海弘枫实业考虑扩大现有年产150万件的双极板生产线。
弘枫实业的石墨双极板主要供给欧美地区客户,参与欧美客户设计研发,SHF石墨双极板在国外享誉很高的声誉。
3.江苏美淼储能科技有限公司

江苏美淼储能科技有限公司(简称:美淼储能)是一家具备全钒液流电池全产业链布局的企业,目前已实现电解液、双极板、电极、BMS系统等核心原材料和零部自产。美淼储能核心关键技术在于稳定可靠的电堆设计、高性能柔性石墨双极板以及BMS系统。

美淼储能自主研发的高性能柔性石墨双极板,在微观结构,机械强度,表观密度等方面进行优化设计,实现高导电,低接触电阻,强机械性能,低渗液。今年9月11日,该公司40万平石墨复合双极板项目在甘肃金昌市正式开工。


金昌市清淼新能源40万平石墨复合双极板项目是市人大常委会机关2023年招商引资项目,项目的开工将进一步拉伸和扩展我市新能源与新能源电池千亿产业链,提升产业链供应链韧性和安全水平。 该项目总投资约4.5亿元,选用土地38亩,项目投产后预计年产值约4亿元,年税收约1300万元。该项目生产的石墨复合双极板主要应用于全钒液流电池,未来可布局生产燃料电池双极板。

4.开封时代新能源科技有限公司

开封时代的前身是开封炭素公司426研究所,主要生产超高功率石墨电极,2019年,在研发电池双极板时,涉及液流电池领域,在和大连化物所的合作过程中,对钒电池的前景看好,决定进军钒电池市场。

据了解,开封时代已具备300兆瓦/年全钒液流电池储能系统产能;双极板方面,开封时代生产的产品已经销往同行业企业,与多家公司达成合作;质子交换膜方面,该公司目前规划了量产90万平米质子交换膜生产线,一期30万平米生产线正在试车,预计10月份投产。

5.江苏恒安储能科技有限公司

江苏恒安储能科技有限公司位于南京市,成立于2021年。恒安储能是国际领先的液流电池研发与生产企业,致力于提供高性能、低成本、大容量的电力储能产品和解决方案。

通过自主创新,恒安储能成功研发出我国首台套锌溴液流电池以及电池隔膜、极板和电解液等关键材料,填补了我国这一技术领域的技术空白,目前在电池关键材料、电堆加工组装、电池管理系统等领域居国际先进水平。

江苏恒安储能科技有限公司的母公司为中国香港上市公司——中国安储能源集团有限公司(虎都),国际领先的锌溴液流电池研发与生产企业,位列锌溴电池世界前三。

公司拥有锌溴电池微孔隔膜、双极板等关键材料的专利技术和全套生产工艺,并自主开发了电堆加工集成工艺,实现了从电池材料、电池产品、储能系统到储能电站总包的全产业链。

6.宿迁时代储能科技有限公司

宿迁时代储能科技有限公司(简称:宿迁时代储能)成立于2021年,是一家专注于水系有机液流储能电池研发与生产的高科技企业,拥有水系有机液流电池、离子交换膜等核心技术。

今年10月15日,宿迁时代储能生产的首套兆瓦级水系有机液流电池投产,进入规模化生产阶段。

截至目前,宿迁时代储能已实现电解液、离子交换膜、双极板、流道板、专用管道等核心原材料和零部件自产。

在能量效率方面,宿迁时代储能研发三部部长张超对创投日报记者表示,该公司水系有机液流储能电池在电堆直流侧能效超85%,电池综合能效超70%。

7.温州锌时代能源有限公司

2023年浙江大学温州研究院院长、中国科学院院士叶志镇创立的温州锌时代能源有限公司,建成全球先进锌溴液流储能电池中试产线,推出国际首台100kWh锌溴液流电池储能模块系统,今年3月,温州锌时代建成10MWh先进锌溴液流电池中试产线;7月,浙江省首个50kW/200kWh锌溴液流储能系统在浙大温州研究院启用;10月,800KWh示范项目基本筹备完毕。

依托浙江大学学科优势,温州锌时代集聚了全球顶尖的科研专家团队,拥有锌溴液流相关发明专利20余项。目前主要产品包括:锌溴液流储能电池、锌溴液流电池导电双极板、锌溴液流电池电解液等。

8.北京星辰新能科技有限公司

2023年5月25日,北京星辰新能科技有限公司在CIES第十三届中国国际储能大会上发布全球首款大功率高效率全钒液流电堆——星辰1号。该电堆采用开创性结构和颠覆性材料设计,能效超过85%,25000次循环后无衰减。

星辰1号电堆的结构方面采用了多级变径均衡流道设计,降低了阻力,提高了效率。同时,自主设计的高效电堆结构使得单堆高电压输出,进一步提升了效率。此外,自主研制的嵌入式复合密封结构确保了电堆无内外泄风险,正负压耐受力更强。材料结构形变的一致性设计,则可适应更大温宽范围和复杂使用场景。

在材料设计方面,星辰新能自研全球领先的流体低阻力一体化双极板,颠覆行业成本和工艺。同时,研发了独家新型高能量密度电解液配方,采用电解液活化专利技术,大幅提升了利用率,拓宽了工作温度区间。此外,星辰新能还携手合作伙伴共同开发非氟离子传导膜,打破国外技术壁垒,实现国产离子膜替代,电导率更高,使用寿命更长,重塑国内供应链。全新研发的电极则运用了专利创新材料,提高了电流密度,提升了能量效率。

9.北京普能世纪科技有限公司

北京普能世纪科技有限公司(简称:北京普能)成立于2007年1月,专注于开发基于全钒氧化还原液流电池储能系统 (VRB-ESS )的绿色可持续、长时、长寿命、本征安全的储能解决方案。

北京普能表示,其在高性能离子交换膜技术、长寿命电解液配方、高性能双极板、创新电堆内部流场设计、无o圈密封电堆生产制造等独家技术方面具有成本优势。

10.威海南海新能源材料有限公司

海南海新能集团坐落于风景秀丽的山东半岛最东端,国家战略山东半岛蓝色经济区海洋经济新区-威海南海新区,公司成立于2016年,总投资30 亿元人民币,下辖南海碳材料有限公司、南海碳材料科技研究院、南海新能源材料有限公司、威海昇昀进出口有限公司4家子公司。

公司自成立以来主要致力于石墨碳材料、锂电负极材料、新型储能装备材料及动力锂电池等相关产

南海碳材料研究院就是一家企业自有的创新研发中心,2020年,他们研发出了用于全钒液流电池的流道双极板,相比于一代双极板,这个二代产品虽然生产成本有所增加,但它将大大增加电池的能量转化效率。

目前拥有石墨双极板生产线11条,可年产储能电池双极板200万平方米;拥有单体14立方国内较大容积造粒包覆生产线10条,可年产负极材料达90000吨。储能领域产品主要包括储能类石墨负极材料SSE-3系列产品、柔性石墨双极板、高纯等静压石墨等。

11,杜科新材料有限公司

惠州市杜科新材料有限公司(简称:杜科新材料)是一家国家高新技术企业、科技部科技型中小企业、省级创新型中小企业、省级专精特新中小企业,专业从事高端电子胶粘剂及氢能源领域燃料电池用胶及复合双极板基料等新材料研发、生产及市场推广。

作为燃料电池关键部材领域的企业之一,杜科新材已经自主研发出拥有国家发明专利保护的氢能源领域燃料电池整体用胶解决方案产品及模压石墨双极板组件。独特的设计理念和技术特点使产品具有强劲的市场竞争力和场景适应性,能够满足燃料电池电堆产品的高要求,在夯实氢能源领域的基础上,杜科新材积极开拓新型液流电池储能电池相关领域研发工作。

以上是小编整理的液流电池领域双极板企业布局,如有遗漏,欢迎留言补充。



01会议背景

液流电池是一种新型储能技术,具有长循环寿命、高安全性、容量零衰减、功率容量解耦以及高能量转换效率等优点。随着储能需求的高速增长,液流电池技术与产业发展迅速。

电堆是液流电池的重要组成部分,决定了液流电池的功率,主要由端板、集流体、液流框、电极、隔膜、双极板等组成。电堆结构设计,隔膜的稳定性、耐久性和选择透过性,电极表面活性,电极与双极板接触电阻等是影响液流电池系统性能的关键因素。

此外,燃料电池电堆与液流电池电堆结构相似,隔膜和双极板等也是其关键材料,决定着电池的性能和使用寿命。

2024年电堆技术有何新突破?质子膜、双极板、电极材料有何新进展?液流电池与燃料电池的电堆技术和关键材料的市场有哪些新趋势?产业链的企业将面临哪些新机遇与挑战?

质子膜、双极板、电极材料与电堆技术论坛2024将于3月21日在上海召开。会议由亚化咨询主办,将探讨液流电池与燃料电池相关的质子膜、双极板、电极材料,电堆技术,市场与产业发展以及装备与材料等议题。


02演讲议题发布

1.液流电池与燃料电池产业发展趋势
2.液流电池与燃料电池对关键材料的需求与比较
3.液流电池电堆技术研究最新进展
4.电堆关键材料与电池性能
5.大功率高效率全钒液流电池电堆工艺
6.高性能钒电池质子交换膜产业化进展
7.锌基液流电池微孔隔膜研究进展
8.质子交换膜、碱性电解水阴离子交换膜
9.钒电池复合多孔膜生产工艺与研究进展
10.低成本双极板制造工艺
11.高性能电极材料研究与产业化发展
12.燃料电池柔性石墨双极板的技术优势
13.燃料电池膜电极研究进展
14.超薄金属双极板研究与应用
15.电堆生产设备与工艺技术

如果您有意向参与演讲、赞助或参会,欢迎您与我们联系:赵经理19121570541(微信同号)



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亚化储能 电化学储能、新型长时储能,锂离子电池、全钒液流电池、钒电池、液流电池、固态电池。氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、卤化物固态电解质,磷酸铁锂、富锂锰基材料、硅负极。
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