铁铬液流电池关键技术与工程应用

本书由徐春明院士组织编写，内容源于作者及其团队多年的技术研究与积累，系统介绍了铁铬液流电池的发展概况及近期新进展

本书以介绍铁铬液流电池储能技术的各关键结构的科学研究为主，同时兼顾整个铁铬液流电池储能系统的设计与协同，储能工程的示范与项目发展。全书共十章，概述了电化学储能的产业与标准，铁铬液流电池的相关政策与市场预期；详细介绍了铁铬液流电池中关键组件包括电极、双极板、质子交换膜、电解液的技术发展；探究了铁铬液流电池再平衡技术、控制系统、模拟计算和工程示范发展，为读者提供了一个全面的视角。本书可供高等院校相关专业师生作为参考教材使用，也可供从事储能、新能源和材料等专业的研究、生产设计人员阅读。

徐泉留美博士毕业，中国石油大学（北京）教授、博导，重量青年人才，中国石油大学（北京）碳中和未来技术学院副院长，专注铁铬液流电池长时储能技术开发与建设。牛迎春博士毕业于中国石油大学（北京）化学工程与技术专业，博士后师从徐春明院士，从事铁铬液流电池关键电极材料与电解液研发与设计，获批国自然青年基金一项。王屾致力于长时储能项目投资、开发设计与建设管理，专注于液流电池长时储能技术的技术路线研判，项目研发，技术推广放大与后期运维服务。徐春明中国科学院院士，中国石油大学（北京）教授、博导，重质油全国重点实验室主任、碳中和未来技术学院院长，中国化工学会副理事长，专注储能、氢能与清洁油品转化生产方向研究。

第1章电化学储能概述（1）1.1储能的发展（1）1.1.1长时储能概述（4）1.1.2电化学储能的发展（9）1.2电化学储能的应用场景（10）1.2.1电网侧储能应用主要场景（13）1.2.2电源侧储能应用主要场景（15）1.2.3用户侧储能应用主要场景（17）1.3电化学储能产业现状（19）1.3.1产业链现状（19）1.3.2部分企业现状（20）1.3.3项目现状（21）1.3.4成本分析（25）1.4电化学储能标准现状（26）1.4.1标准体系（26）1.4.2关键标准（26）1.4.3国际标准化（28）参考文献（28）第2章铁铬液流电池概述（29）2.1铁铬液流电池的诞生与发展（29）2.2铁铬液流电池组成及工作原理（33）2.3铁铬液流电池与国内外储能技术综合对比分析（35）2.3.1铁铬液流电池与国内外同类技术综合对比（35）2.3.2铁铬液流电池与国内外储能技术综合对比（44）2.4铁铬液流电池相关政策及市场预期（50）2.4.1铁铬液流电池相关政策（50）2.4.2铁铬液流电池市场预期（54）参考文献（59）第3章铁铬液流电池电极（63）3.1铁铬液流电池电极概述与发展（63）3.2铁铬液流电池电极材料（69）3.2.1碳毡电极（70）3.2.2石墨毡电极材料（72）3.2.3碳布电极材料（74）3.2.4其他电极材料（77）3.3铁铬液流电池电极的活化方法（78）3.3.1热处理（78）3.3.2湿法化学氧化法（78）3.3.3电化学氧化法（79）3.3.4等离子体处理（79）3.4铁铬液流电池的电极改性方法（80）3.4.1金属元素掺杂改性（82）3.4.2非金属元素掺杂改性（84）3.4.3高分子聚合物改性（85）3.4.4碳纳米材料修饰（86）3.4.5石墨烯基改性（88）3.4.6酸刻蚀改性（89）3.4.7物理形态改性（89）3.5铁铬液流电池的催化剂沉积方法（91）3.5.1碳布电极表面与催化剂表面相作用模型（91）3.5.2In催化剂对液流电池性能影响的研究（92）参考文献（93）第4章铁铬液流电池双极板（96）4.1液流电池双极板概述与发展（97）4.1.1液流电池双极板的现状（97）4.1.2新型双极板材料的开发（101）4.1.3液流电池双极板制造工艺（103）4.2双极板流道设计（105）4.3铁铬液流电池流动模型（109）4.3.1流场结构（109）4.3.2理论基础（110）4.3.3模型方程（111）4.3.4边界条件（112）4.4模拟结果分析（113）4.4.1不同流道结构下的速度分布（113）4.4.2不同流道结构的压力分布（116）参考文献（139）第5章液流电池质子交换膜（141）5.1质子交换膜概述（141）5.2液流电池质子交换膜（143）5.3液流电池质子交换膜分类（144）5.3.1全氟磺酸质子交换膜（144）5.3.2C、H非氟离子膜（158）5.4膜的评价参数（162）5.4.1离子交换容量测定（163）5.4.2含水率的测定（164）5.4.3溶胀度的测定（164）5.4.4溶解度测试（165）5.4.5力学性能测试（165）5.4.6热重分析（165）5.4.7化学稳定性（166）5.4.8X射线衍射分析（166）5.4.9红外光谱分析（166）5.4.10制膜液黏度测定（167）5.5膜的制备方法（167）5.5.1熔融挤出法（168）5.5.2溶液流延法（169）5.5.3溶液钢带流延法（170）参考文献（171）第6章液流电池电解液（173）6.1铁铬液流电池铁、铬概况（173）6.1.1铬资源概况（173）6.1.2铬盐生产工艺（174）6.1.3铁资源概况（178）6.1.4铁盐生产工艺（180）6.2铁铬液流电池电解液（183）6.2.1铁铬液流电池电解液老化（183）6.2.2Fe3+/Fe2+和Cr3+/Cr2+混合电解液（183）6.2.3铁铬液流电池电解液改善（185）6.2.4铁铬液流电池电解液再平衡技术（189）6.2.5铁铬液流电池电解液未来发展（190）6.3铁铬液流电池电解液浓度（191）6.4铁铬液流电池电解液滴定测试（192）6.4.1术语和定义（192）6.4.2通用要求（193）6.4.3抽样要求（193）6.4.4测试方法（193）6.5液流电池电解液表征方法（202）6.5.1核磁共振光谱学（202）6.5.2紫外光可见分光光谱法（203）6.5.3红外和拉曼光谱图（204）6.5.4质谱分析（204）6.5.5原子光谱分析（205）6.5.6电子自旋共振光谱（205）6.5.7氧化还原滴定（205）6.5.8元素分析（206）6.6铁铬液流电池电解液工程化现状（206）参考文献（209）第7章液流电池再平衡（210）7.1再平衡技术的提出（210）7.2再平衡技术发展（211）7.3铁铬液流电池再平衡技术（213）7.3.1现有再平衡技术（215）7.3.2低成本充电型再平衡系统的提出（218）7.4全铁液流电池再平衡技术（219）7.4.1再平衡技术实现要素（220）7.4.2再平衡技术优点（221）7.5再平衡实验（221）7.5.1再平衡实验设计（221）7.5.2氯气吸收实验（228）7.5.3再平衡实验数据（231）7.5.4再平衡电堆布局图（234）参考文献（236）第8章开展数据驱动型智能化管控系统应用于铁铬液流电池（237）8.1基于自动化、智能化控制技术的铁铬液流电池系统数据采集和控制装置（237）8.2基于准确健康状态算法的电解液智能化再平衡装置（241）8.3适配铁铬液流电池长时储能的集成化、智能化管控系统（250）第9章液流电池模拟计算（254）9.1机器学习（254）9.1.1决策树（256）9.1.2支持向量机（258）9.1.3人工神经网络（260）9.2Comsol（262）9.2.1Comsol软件简介（262）9.2.2Comsol软件使用（262）9.2.3Comsol在液流电池方面的应用（262）9.2.4Comsol铁铬液流电池模型求解给定入口浓度下的稳态案例（265）9.3分子模拟（277）9.3.1分子动力学简介（277）9.3.2MD模拟基本理论（279）9.3.3MD模拟常用软件（284）9.3.4MD模拟主要步骤（285）9.3.5基于分子动力学的理论计算（286）9.4原子方法（287）9.4.1密度泛函理论简介（287）9.4.2DFT常用计算软件（291）9.4.3基于DFT的第一性原理计算在液流电池方面的应用（292）9.5经验模型（294）9.6等效电路模型（295）9.7集总参数模型（296）9.8机理模型（297）参考文献（300）第10章工程示范及项目发展（301）10.1示范装置简介及架构（301）10.2设计原则（302）10.2.1设计思路（302）10.2.2设计技术（303）10.2.3设计内容（304）10.2.4设计要求（305）10.3实现的目标及主要技术经济指标（307）10.4发展现状与挑战（308）10.5技术成熟度分析（309）10.5.1产品市场分析（309）10.5.2全自动化电堆装配技术（311）10.5.3对本行业及相关行业科技进步的推动作用（312）10.6交付项目（312）10.7发展与展望（313）