新型分离技术膜分离.ppt

《新型分离技术膜分离.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型分离技术膜分离.ppt（63页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、新型分离技术膜分离现在学习的是第1页，共63页第六部分第六部分 以电位差为推动力的膜过程以电位差为推动力的膜过程现在学习的是第2页，共63页n电渗析和膜电解是以电位差为推动力的膜过程。电渗析和膜电解是以电位差为推动力的膜过程。n直流电场促进带电离子传递通过相应荷电膜而达到溶液中盐直流电场促进带电离子传递通过相应荷电膜而达到溶液中盐分脱除或产物纯化的一种膜分离技术。分脱除或产物纯化的一种膜分离技术。n溶液中不带电组分则不受电位差推动力的影响。溶液中不带电组分则不受电位差推动力的影响。现在学习的是第3页，共63页荷电膜荷电膜n简单地说带电荷的膜称为荷电膜。简单地说带电荷的膜称为荷电膜。n荷电膜可以

2、分为两类：带正电荷的阴离子交换膜和带负电荷荷电膜可以分为两类：带正电荷的阴离子交换膜和带负电荷的阳离子交换膜。的阳离子交换膜。现在学习的是第4页，共63页n制膜材料是一类含电离基团的聚合物。如：聚苯乙烯磺酸制膜材料是一类含电离基团的聚合物。如：聚苯乙烯磺酸盐和聚苯乙烯季胺盐。盐和聚苯乙烯季胺盐。n离子交换膜具有微观的网状结构，其孔径约为离子交换膜具有微观的网状结构，其孔径约为5-10，相，相互沟通并贯联膜的通道。互沟通并贯联膜的通道。n 荷电膜放入水中，会发生电离作用，其中可交换的离子就荷电膜放入水中，会发生电离作用，其中可交换的离子就进入水中，而异号的活性基团则保留在膜上，形成能吸引正进入水

3、中，而异号的活性基团则保留在膜上，形成能吸引正离子或负离子的电荷点位。离子或负离子的电荷点位。现在学习的是第5页，共63页 例例如如：聚聚苯苯乙乙烯烯磺磺酸酸荷荷电电膜膜在在水水中中可可电电离离为为RSO3和和H，H迁迁移移入入水水中中，而而RSO3则则停停留留在在膜膜上上作作为为固固定定离离子子，它它固固定定在在膜膜通通道道表表面面不不动动，建建立立起起一一个个负负电电场场，从从而而在在外外加加直直流流电电场场的的协协同同作作用用下下，把把溶溶液液中中运运动动的的正正离离子子吸吸引引过过来来而而让让其其透过，溶液中的负离子因受到静电排斥而不能透过。透过，溶液中的负离子因受到静电排斥而不能透过

4、。现在学习的是第6页，共63页第一节 电渗析现在学习的是第7页，共63页1 电渗析概念n电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地电渗析是指在直流电场作用下，溶液中的荷电离子选择性地定向迁移透过离子交换膜并加以去除的一种膜分离技术。定向迁移透过离子交换膜并加以去除的一种膜分离技术。n在正负两电极之间交替平行放置阳离子和阴离子交换膜，在正负两电极之间交替平行放置阳离子和阴离子交换膜，依次构成浓缩室和淡化室。依次构成浓缩室和淡化室。现在学习的是第8页，共63页A膜为阴离子交换膜（带正电荷），膜为阴离子交换膜（带正电荷），K膜为阳离子交换膜（带负电荷）膜为阳离子交换膜（带负电荷）现在学习的

5、是第9页，共63页反离子迁移n溶液中带正电荷的离子在电场作用下向阴极方向迁移，穿溶液中带正电荷的离子在电场作用下向阴极方向迁移，穿过带负电荷的阳离子交换膜，而被带正电荷的阴离子交换过带负电荷的阳离子交换膜，而被带正电荷的阴离子交换膜所阻挡，这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的现象称膜所阻挡，这种与膜所带电荷相反的离子透过膜的现象称为反离子迁移。为反离子迁移。n同理，溶液中带负电荷的离子在电场作用下透过阴离子交换同理，溶液中带负电荷的离子在电场作用下透过阴离子交换膜。膜。现在学习的是第10页，共63页电渗析器n电渗析器通常有电渗析器通常有100至至200对阴、阳离子交换膜与特制的隔对阴、阳离子交换

6、膜与特制的隔板等组装而成，具有相应数量的浓缩室和淡化室。板等组装而成，具有相应数量的浓缩室和淡化室。现在学习的是第11页，共63页现在学习的是第12页，共63页现在学习的是第13页，共63页2 电渗析的基本理论nSollner双电层理论：双电层理论：n膜上的离子基团电离，在膜表面固定离子基团附近，电解膜上的离子基团电离，在膜表面固定离子基团附近，电解质溶液中带相反电荷的离子形成双电层。质溶液中带相反电荷的离子形成双电层。n双电层的强弱与膜上荷电活性基团数量有关，膜双电层的强弱与膜上荷电活性基团数量有关，膜-溶液界面溶液界面离子分布及其化学位与距离有关。离子分布及其化学位与距离有关。现在学习的是

7、第14页，共63页n一般条件下，阳离子交换膜上固定基团能够形成足够强烈的负一般条件下，阳离子交换膜上固定基团能够形成足够强烈的负电场，使膜外溶液中带正电荷离子极易迁移靠近膜并进入膜孔电场，使膜外溶液中带正电荷离子极易迁移靠近膜并进入膜孔隙，而排斥带负电荷的离子。隙，而排斥带负电荷的离子。n如果膜外溶液浓度很大，则双电层厚度会变薄，可能导致非选如果膜外溶液浓度很大，则双电层厚度会变薄，可能导致非选择性透过阴离子。择性透过阴离子。现在学习的是第15页，共63页Sollner双电层理论（1）异性电荷相吸；）异性电荷相吸；（2）膜中固定离子越多，静电吸引力越强，膜的选择性）膜中固定离子越多，静电吸引力

8、越强，膜的选择性越好。越好。（3）在电场作用下，溶液中的阳（阴）离子定向连续迁移通过）在电场作用下，溶液中的阳（阴）离子定向连续迁移通过带负电荷的阳（阴）离子交换膜。带负电荷的阳（阴）离子交换膜。现在学习的是第16页，共63页Gibbs-Donnan膜平衡理论n溶液中的离子和膜中离子发生交换作用，最后达到平衡，溶液中的离子和膜中离子发生交换作用，最后达到平衡，构成膜内外离子的平衡体系。构成膜内外离子的平衡体系。现在学习的是第17页，共63页n离子交换膜的离子交换膜的Gibbs-Donnan膜平衡基于以下两个假定，膜平衡基于以下两个假定，（1）膜内外离子的化学位相等：）膜内外离子的化学位相等：n

9、（2）膜内外各种离子的总浓度满足电中性：）膜内外各种离子的总浓度满足电中性：现在学习的是第18页，共63页n可推导出下列关系式：可推导出下列关系式：n（1）膜上）膜上趋向趋向0，则膜无选择性。，则膜无选择性。n（2）当膜上）当膜上趋向无穷大，膜的选择性趋向趋向无穷大，膜的选择性趋向100%。n（3）溶液中）溶液中大，则膜中大，则膜中很小，膜的选择性会降很小，膜的选择性会降低。低。现在学习的是第19页，共63页电渗析过程中的传递现象n（1）反离子迁移，是主要传递过程。）反离子迁移，是主要传递过程。n（2）同离子迁移，离子交换膜的选择性不可能达到）同离子迁移，离子交换膜的选择性不可能达到100%，

10、同名离子迁移降低电渗析过程的效率。，同名离子迁移降低电渗析过程的效率。n（3）水的渗透，水从淡水室渗透到浓水室，淡水会大量）水的渗透，水从淡水室渗透到浓水室，淡水会大量损失。损失。n（4）水的电解。（）水的电解。（5）水的电渗析。（）水的电渗析。（6）电解质的渗透。）电解质的渗透。（7）压差渗漏。）压差渗漏。现在学习的是第20页，共63页极限电流n电渗析极化现象：阴、阳离子在直流电场作用下在膜间迁移，电渗析极化现象：阴、阳离子在直流电场作用下在膜间迁移，当采用过大电流时，在膜当采用过大电流时，在膜-液界面形成离子耗竭层，溶液的液界面形成离子耗竭层，溶液的电阻会变得很大。电阻会变得很大。n电渗析

11、极化导致耗电量增加，膜的寿命降低。电渗析极化导致耗电量增加，膜的寿命降低。n极限电流是指电渗析发生极化时的临界电流。极限电流是指电渗析发生极化时的临界电流。现在学习的是第21页，共63页n极限电流密度是指通过单位面积离子交换膜的极限电流。极限电流密度是指通过单位面积离子交换膜的极限电流。nilim为极限电流密度，为极限电流密度，为电渗析淡水室进出口离子的对数平均为电渗析淡水室进出口离子的对数平均浓度，浓度，V为淡水流线速度，为淡水流线速度，ki为水力常数，为水力常数，m,n也为常数。也为常数。现在学习的是第22页，共63页操作电流密度n操作电流密度可以表示为：操作电流密度可以表示为：n 为组分

12、换算系数，为组分换算系数，fs为安全系数，为安全系数，ft为温度校正系数。为温度校正系数。现在学习的是第23页，共63页电流效率n电流效率表示电渗析过程中电流的利用程度，为单位时电流效率表示电渗析过程中电流的利用程度，为单位时间实际脱盐率与理论脱盐的百分。间实际脱盐率与理论脱盐的百分。n苦咸水脱盐，电流效率一般为苦咸水脱盐，电流效率一般为90-95%，海水脱盐为，海水脱盐为70-85%。现在学习的是第24页，共63页n极限电流下的淡水室出口盐的浓度计算式为：极限电流下的淡水室出口盐的浓度计算式为：n电渗析器的脱盐率为：电渗析器的脱盐率为：现在学习的是第25页，共63页电渗析技术应用领域电渗析技

13、术应用领域 自电渗析技术问世后，在苦咸水淡化，饮用自电渗析技术问世后，在苦咸水淡化，饮用水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。水及工业用水制备方面展示了巨大的优势。随着电渗析理论和技术研究的深入，我国在电随着电渗析理论和技术研究的深入，我国在电渗析主要装置部件及结构方面都有巨大的创新，仅渗析主要装置部件及结构方面都有巨大的创新，仅离子交换膜产量就占到了世界的离子交换膜产量就占到了世界的1/3。我国的电渗析。我国的电渗析装置主要由国家海洋局杭州水处理技术开发中心生装置主要由国家海洋局杭州水处理技术开发中心生产，现可提供产，现可提供200m3/d规模的海水淡化装置。规模的海水淡化装置。现在学习的是

14、第26页，共63页 电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处理方面也电渗析技术在食品工业、化工及工业废水的处理方面也发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳滤等精过滤技术的发挥着重要的作用。特别是与反渗透、纳滤等精过滤技术的结合，在电子、制药等行业的高纯水制备中扮演重要角色。结合，在电子、制药等行业的高纯水制备中扮演重要角色。现在学习的是第27页，共63页国家海洋局杭州水处理技术中心国家海洋局杭州水处理技术中心现在学习的是第28页，共63页n应用用领域：域：n 用于海水与苦咸水淡化用于海水与苦咸水淡化n制制备纯水水时的初的初级脱脱盐以及以及锅炉、炉、动力力设备给水的脱水的脱盐软化等化等。n适用于适

15、用于电子、医子、医药、化工、火力、化工、火力发电、食品、啤酒、食品、啤酒、饮料、印染及涂装等行料、印染及涂装等行业的的给水水处理。理。n可用于物料的可用于物料的浓缩、提、提纯、分离等物理化学、分离等物理化学过程。程。n系系统优点点：加工制造和部件更加工制造和部件更换都比都比较容易，便于清洗容易，便于清洗。现在学习的是第29页，共63页电渗析在化工厂中的应用电渗析在化工厂中的应用现在学习的是第30页，共63页第二节 膜 电 解现在学习的是第31页，共63页1 膜电解基本概念n离子膜电解是离子膜电解是20世纪世纪70年代发展的新技术，与传统的年代发展的新技术，与传统的水银法和隔膜法相比，具有总能耗

16、低、无污染、产品纯水银法和隔膜法相比，具有总能耗低、无污染、产品纯度高、操作运转方便，投资少等优点；是氯碱工业的发度高、操作运转方便，投资少等优点；是氯碱工业的发展方向。展方向。现在学习的是第32页，共63页n离子膜电解就是利用阳离子交换膜将电解槽的阳极离子膜电解就是利用阳离子交换膜将电解槽的阳极和阴极隔离开，进行食盐水溶液电解制造氯气和烧和阴极隔离开，进行食盐水溶液电解制造氯气和烧碱，或其他无机盐电解还原等的一种膜技术。碱，或其他无机盐电解还原等的一种膜技术。n在膜两侧的电位差存在下，盐水流在阳极室生成氯气，在膜两侧的电位差存在下，盐水流在阳极室生成氯气，钠离子伴随少量水透过离子膜进入阴极室

17、。阴极室的钠离子伴随少量水透过离子膜进入阴极室。阴极室的纯水流在阴极上电解生成氢气和纯水流在阴极上电解生成氢气和OH-，OH-与与Na+在阴在阴极室生成极室生成NaOH，可以获得，可以获得30-35%的液碱。的液碱。现在学习的是第33页，共63页现在学习的是第34页，共63页离子交换膜离子交换膜n离子电解膜主要用于氯碱工业中制备氢氧化钠。目前主要采用全氟离子电解膜主要用于氯碱工业中制备氢氧化钠。目前主要采用全氟磺酸膜、全氟磺羧膜和全氟磺酸全氟羧酸复合膜三大类。磺酸膜、全氟磺羧膜和全氟磺酸全氟羧酸复合膜三大类。n全氟羧酸膜的含水量远低于全氟磺酸膜，全氟磺酸膜的导电性高全氟羧酸膜的含水量远低于全氟

18、磺酸膜，全氟磺酸膜的导电性高于全氟羧酸膜。于全氟羧酸膜。n目前常将全氟磺酸全氟羧酸复合制备复合膜，既具有较高的导电性，目前常将全氟磺酸全氟羧酸复合制备复合膜，既具有较高的导电性，又可利用羧酸膜对又可利用羧酸膜对OH-的优先排斥作用。的优先排斥作用。现在学习的是第35页，共63页n国内所采用的电解膜主要为：国内所采用的电解膜主要为：DuPont公司的公司的Nafion膜，日本旭膜，日本旭硝子公司的硝子公司的Flemion膜，以及日本旭化成公司的膜，以及日本旭化成公司的Aciplex膜等几膜等几大类。大类。n旭化成公司的旭化成公司的Aciplex-F系列膜如系列膜如F-2200，用于生产，用于生产

19、21-24%的的NaOH，F-4000可生产可生产30-40%的的NaOH，F5000可用于生产可用于生产40-50%的的NaOH，其电流效率在第，其电流效率在第1至至2年内为年内为95%以上，第以上，第3年年为为94.5%以上，耗电量约为以上，耗电量约为2100Kw.h/tNaOH。现在学习的是第36页，共63页现在学习的是第37页，共63页燃料电池示意图燃料电池示意图现在学习的是第38页，共63页 全氟磺酸膜还可用作燃料电池的重要部件。燃全氟磺酸膜还可用作燃料电池的重要部件。燃料电池是将化学能转变为电能效率最高的能源，可料电池是将化学能转变为电能效率最高的能源，可能成为能成为21世纪的主要

20、能源方式之一。经多年研制，世纪的主要能源方式之一。经多年研制，Nafion膜已被证明是氢氧燃料电池的实用性质子交膜已被证明是氢氧燃料电池的实用性质子交换膜，并已有燃料电池样机在运行。但换膜，并已有燃料电池样机在运行。但Nafion膜价膜价格昂贵（格昂贵（700美元美元/m2），故近年来正在加速开发磺），故近年来正在加速开发磺化芳杂环高分子膜，用于氢氧燃料电池的研究，以化芳杂环高分子膜，用于氢氧燃料电池的研究，以期降低燃料电池的成本。期降低燃料电池的成本。现在学习的是第39页，共63页2 电化学反应电化学反应2OH-2e-=1/2O2+H2O阴极：阴极：2H+2e-=H2（还原反应）（还原反应）

21、阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）（氧化反应）1/2O2+H2O+2e-=2OH-现在学习的是第40页，共63页阳极室内溶液中的化学反应阳极室内溶液中的化学反应n溶解氯气会与从阴极室反渗过来的烧碱反应。溶解氯气会与从阴极室反渗过来的烧碱反应。Cl2+NaOH=NaCl+HClOCl2+2NaOH=1/3NaClO3+5/3NaCl+H2OCl2+2NaOH=2NaCl+1/2O2+H2OHClO+NaOH=NaCl+1/2O2+H2O现在学习的是第41页，共63页阳极室内溶液中的化学反应阳极室内溶液中的化学反应n在阴极室，迁移来的次氯酸钠、氯酸钠与阴极上产在阴极室，迁移来的次氯酸钠

22、、氯酸钠与阴极上产生的氢离子作用还原为氯化钠。生的氢离子作用还原为氯化钠。n为了提高阴极效率，在电解过程中需抑制水氧化而析出氧的反应，为了提高阴极效率，在电解过程中需抑制水氧化而析出氧的反应，以及降低阴极室反渗烧碱与溶解氯反应。以及降低阴极室反渗烧碱与溶解氯反应。NaClO+2H+=NaCl+H2ONaClO3+6H+=NaCl+3H2O现在学习的是第42页，共63页电解定律n电解过程中生成物质的量与通过电解质溶液的电量电解过程中生成物质的量与通过电解质溶液的电量之间的关系符合法拉第定律：之间的关系符合法拉第定律：nm为电极上析出物质的质量，为电极上析出物质的质量，MB为物质的摩尔质量。为物质

23、的摩尔质量。Q为电量，为电量，n为析出为析出1摩尔物质得失的电子数，摩尔物质得失的电子数，t为通电时间，为通电时间，k为电解槽的为电解槽的个数。个数。现在学习的是第43页，共63页阳极电流效率n按日本旭硝子公司使用的公式，计算离子膜电解槽阳极电流效率：按日本旭硝子公司使用的公式，计算离子膜电解槽阳极电流效率：n o2为副反应生成氧气的电流效率损失；为副反应生成氧气的电流效率损失；ClO-为副反应生成的电流为副反应生成的电流损失；损失；ClO3-为副反应生成的电流损失；为副反应生成的电流损失；NaHCO3为供给盐水中的为供给盐水中的降低电流效率损失。降低电流效率损失。现在学习的是第44页，共63

24、页膜电解的槽电压n膜电解的槽电压是直接影响电流效率的一个重要参数。槽电压通常由膜电解的槽电压是直接影响电流效率的一个重要参数。槽电压通常由以下几项组成：以下几项组成：nV、V0、Vm分别为槽电压、理论分解电压、离子膜电压降，分别为槽电压、理论分解电压、离子膜电压降，阳阳、阴阴分别为阳极和阴极过电压，分别为阳极和阴极过电压，IR液液、IR金金分别为溶液和金属导体分别为溶液和金属导体的欧姆电压降。的欧姆电压降。现在学习的是第45页，共63页n影响槽电压的因素有膜的结构、两极间距、盐水杂质影响槽电压的因素有膜的结构、两极间距、盐水杂质含量、阴极液循环量、烧碱浓度、电流密度以及操作含量、阴极液循环量、

25、烧碱浓度、电流密度以及操作温度。温度。n当电极间距为当电极间距为0.5 2mm时，理论分解电压及膜电压降时，理论分解电压及膜电压降两项之和占槽电压的两项之和占槽电压的90%左右。左右。现在学习的是第46页，共63页理论分解电压n理论分解电压指电解质开始分解时所必需的最低电压。理论分解电压指电解质开始分解时所必需的最低电压。可用方程来计算：可用方程来计算：nQ为反应的热效应；为反应的热效应；为温度系数。为温度系数。现在学习的是第47页，共63页离子膜电压降n离子膜电压降由膜本身具有一定的电阻引起的。离子膜电压降由膜本身具有一定的电阻引起的。n膜电压与制备膜的聚合物种类、膜的厚度和运转条件有膜电压

26、与制备膜的聚合物种类、膜的厚度和运转条件有关。关。n美国美国Dupont公司的公司的Nafion膜电阻为膜电阻为2.4 2.8 cm，而日本旭硝子公司而日本旭硝子公司Flemion膜的电压降为膜的电压降为0.31 0.38 cm。现在学习的是第48页，共63页现在学习的是第49页，共63页现在学习的是第50页，共63页第三节：燃料电池简介第三节：燃料电池简介定义：燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和定义：燃料电池是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装置。燃料电池与常规电池的区别在于，它工作时需装置。燃料

27、电池与常规电池的区别在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂，只要持续供应，燃料电池就会不断提供电能。供应，燃料电池就会不断提供电能。现在学习的是第51页，共63页分类：根据工作温度可分为低温型、中温型和高温型三分类：根据工作温度可分为低温型、中温型和高温型三种。根据电解质的种类可分为：碱性燃料电池种。根据电解质的种类可分为：碱性燃料电池(AFC)、磷、磷酸燃料电池酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体、固体氧化物燃料电池氧化物燃料电池(SOFC)和聚合物离子膜燃料电池和聚合物离子膜燃料电池(P

28、CMFC)。现在学习的是第52页，共63页各种燃料电池的工作原理各种燃料电池的工作原理现在学习的是第53页，共63页现在学习的是第54页，共63页采用燃料燃料电池池的笔记本电脑将燃料燃料电池池组配备在摄像机后部使用大大连化物所研制成功的连化物所研制成功的50kW燃料电池发动机已成功用于燃料电池发动机已成功用于我国第一台燃料电池城市客车我国第一台燃料电池城市客车一名美国通用汽车公司的工程师在旧金山市一名美国通用汽车公司的工程师在旧金山市政厅广场介绍一款燃料电池汽车的动力单元。政厅广场介绍一款燃料电池汽车的动力单元。现在学习的是第55页，共63页全钒氧化还原液流电池全钒氧化还原液流电池VRB，正在

29、进入，正在进入实用性阶段的能源存储技术实用性阶段的能源存储技术n一些能源产生系统，如风力发电、太阳能等，由于受到气候变化、风力一些能源产生系统，如风力发电、太阳能等，由于受到气候变化、风力大小等自然条件的影响，电能输出具有不稳定性和间断性地特点，进而大小等自然条件的影响，电能输出具有不稳定性和间断性地特点，进而造成机械功率大幅变化，会使发电机输出的有功和无功产生波动，而且造成机械功率大幅变化，会使发电机输出的有功和无功产生波动，而且使电网的电能质量下降，同时造成电能浪费。目前，国际上一项风电存使电网的电能质量下降，同时造成电能浪费。目前，国际上一项风电存储新技术储新技术全钒氧化还原液流电池（全

30、钒氧化还原液流电池（VanadiumRedoxBattery，VRB）进入实用性阶段，通过对能源高效转换存储，保证稳定的电功率）进入实用性阶段，通过对能源高效转换存储，保证稳定的电功率输出，改善电网安全性和可靠性。输出，改善电网安全性和可靠性。现在学习的是第56页，共63页VRB技术原理和发展n全钒氧化还原液流电池（全钒氧化还原液流电池（VRB）的原理最早在）的原理最早在1984年，由新南威尔年，由新南威尔士大学的士大学的MariaSkyllas-Kazacos等研究人员提出，之后经技术转等研究人员提出，之后经技术转让和发展，在澳大利亚、日本和加拿大得到深入研究。目前，加拿大的让和发展，在澳大

31、利亚、日本和加拿大得到深入研究。目前，加拿大的VRBPowerSystems公司和日本住友电工研发的全钒液流电池技术公司和日本住友电工研发的全钒液流电池技术进入实用化阶段。下面就根据加拿大的进入实用化阶段。下面就根据加拿大的VRBPowerSystems公司公司最新的最新的VRBEnergyStorageSystem（VRB-ESS）储能系统介）储能系统介绍全钒液流电池的技术原理和特点。绍全钒液流电池的技术原理和特点。现在学习的是第57页，共63页nVRB-ESS储能系统是储能系统是VRBPowerSystems公司在新南威尔士大公司在新南威尔士大学研究人员提出的全钒液流电池技术基础上发展出来

32、的储能系学研究人员提出的全钒液流电池技术基础上发展出来的储能系统，将化学能和电能相互转换。化学能存储于不同阶态的钒离统，将化学能和电能相互转换。化学能存储于不同阶态的钒离子中，电解质溶液为钒离子硫酸电解液，电解液通过泵从两个子中，电解质溶液为钒离子硫酸电解液，电解液通过泵从两个独立的塑料存储罐中流入两个半电池组单元，采用一个质子交独立的塑料存储罐中流入两个半电池组单元，采用一个质子交换膜（换膜（PEM）作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面）作为电池组的隔膜，电解质溶液平行流过电极表面并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流。这个反应过并发生电化学反应，通过双电极板收集和传导电流。这

33、个反应过程可以逆反进行，对电池进行充电、放电和再充电。程可以逆反进行，对电池进行充电、放电和再充电。现在学习的是第58页，共63页现在学习的是第59页，共63页nVRB-ESS系统包括两个具有不同氧化状态钒离子的电解液存系统包括两个具有不同氧化状态钒离子的电解液存储罐，分别是正极储罐，分别是正极V()/V()和负极和负极V()/V()氧化还原电氧化还原电极对。电解液由泵在存储罐和电堆之间循环输送。电堆包括极对。电解液由泵在存储罐和电堆之间循环输送。电堆包括多个电池组，每个电池组具有两个半电池部分，由质子交换多个电池组，每个电池组具有两个半电池部分，由质子交换膜隔开。在半电池组中，电化学反应是在

34、碳板电极上进行的，膜隔开。在半电池组中，电化学反应是在碳板电极上进行的，产生电流对电池进行充放电。产生电流对电池进行充放电。现在学习的是第60页，共63页n（a）电池寿命长。电池正负极反应均在液相中完成，充放电过程）电池寿命长。电池正负极反应均在液相中完成，充放电过程仅仅改变溶液中钒离子状态，没有外界离子参与电化学反应，重复仅仅改变溶液中钒离子状态，没有外界离子参与电化学反应，重复充放电不会造成电池容量下降，充放电不会造成电池容量下降，VRB-ESS系统充放电可超过系统充放电可超过10000次（次（20%80%SOC）。）。（b）系统效率高。由于正负半电池电解液中的活性物质分别）系统效率高。由

35、于正负半电池电解液中的活性物质分别储存在不同的储槽中，完全避免电解液保存过程的自放电消耗。储存在不同的储槽中，完全避免电解液保存过程的自放电消耗。系统循环效率可达系统循环效率可达6575%。（c）理论充放电速度比为）理论充放电速度比为1:1（实际为（实际为1.8:1），允许非高峰时间充），允许非高峰时间充电，高峰时间放电，将不稳定的电能输入变为连续、安全可靠的电能输电，高峰时间放电，将不稳定的电能输入变为连续、安全可靠的电能输出，改善电网安全性和可靠性，是风力发电领域理想的储能系统。出，改善电网安全性和可靠性，是风力发电领域理想的储能系统。现在学习的是第61页，共63页2006年年3月中国科学院大连化学物理研究所研发成功月中国科学院大连化学物理研究所研发成功10 kW试验电堆，试验电堆，并通过国家科技部验收，标志着我国的全钒液流电池系统取得并通过国家科技部验收，标志着我国的全钒液流电池系统取得阶段性进步。阶段性进步。现在学习的是第62页，共63页现在学习的是第63页，共63页